14:34 17 Abril 2021
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    As células de combustível microbianas (CCM) produzem eletricidade graças à oxidação de materiais orgânicos por microrganismos. As capacidades destes dispositivos têm crescido recentemente, fazendo com que os cientistas cogitem hibridá-los com sistemas de limpeza de águas residuais.

    A Sputnik conversou com cientistas que representam diversas universidades russas para saber mais.

    Alguns microrganismos são capazes de alimentar-se em ambientes privados de oxigênio graças à oxidação do material orgânico, processo acompanhado pela emissão de elétrons. Ainda no início do século XX, os cientistas tentavam usar tais microrganismos – chamados de exoeletrogênios – para obter eletricidade. Porém, a potência das CCM tem permanecido insignificante até recentemente. Uma bateria microbiana é capaz de funcionar com materiais orgânicos de todo o tipo – inclusive com águas residuais e resíduos industriais.

    Encontrar a configuração ótima de CCM é uma tarefa difícil, que exige criar modelos matemáticos levando em conta o material dos eletrodos, a concentração e a velocidade de fornecimento do substrato orgânico, o pH do ambiente, a geometria do sistema e outros fatores.

    "Nós criamos um modelo abrangente de CCM mais detalhado que seus análogos, que leva em conta simultaneamente o crescimento da população microbiana, as taxas de consumo e de formação do material orgânico a oxidar, a eletromigração dos prótons entre os eletrodos, a difusão dos componentes orgânicos e a cinética das reações eletroquímicas. Usando o modelo, calculamos novas leis fundamentais do sistema, otimizando um dos parâmetros essenciais: a concentração do substrato orgânico", conta a docente Violetta Vasilenko da Universidade Russa de Tecnologia Química Dmitry Mendeleev.

    As baterias usam como substrato uma solução de glucose em sais, enquanto os microrganismos foram coletados do silte ativo usado para limpeza das águas residuais. Os resultados da pesquisa da Universidade Mendeleev foram publicados na revista Energies. 

    Os experimentos permitiram aos cientistas ajustar os valores dos parâmetros do modelo. Com o modelo aprimorado, eles calcularam a concentração ótima da glucose na solução de alimentação. Da mesma maneira, o modelo apresentado poderá ajudar a otimizar outros parâmetros essenciais de CCM, observam os cientistas.

    Água púrpura na lagoa Cerro no Paraguai devido a resíduos despejados pela companhia de curtumes Limpio
    © AP Photo / Jorge Saenz
    Água púrpura na lagoa Cerro no Paraguai devido a resíduos despejados pela companhia de curtumes Limpio

    O pesquisador sênior Anatoly Antipov, da Faculdade da Química da Universidade Estatal de Moscou Mikhail Lomonosov, comenta que a demanda de geradores de eletricidade que usam materiais orgânicos renováveis está sempre crescendo.

    "O funcionamento de CCM é definido por todo um conjunto de fatores complexos, começando pelas particularidades de evolução do ambiente bacteriano e terminando na cinética das reações entre os eletrodos. Por isso, a otimização experimental de CCM é uma tarefa muito volumosa. O modelo criado pelos colegas da Universidade Mendeleev ajuda a selecionar os parâmetros essenciais com base em previsões matemáticas, reduzindo significativamente o volume dos experimentos", diz Anatoly Antipov.

    A pesquisa foi realizada pelos especialistas do Departamento de Tecnologias Informáticas e do Departamento de Biotecnologia da Universidade Mendeleev em conjunto com o Instituto de Química Física e Elétrica Frumkin da Academia das Ciências da Rússia e da Universidade de Génova (Itália). Os cientistas da Universidade Mendeleev pretendem usar o novo modelo para elaborar um sistema híbrido de limpeza das águas residuais com geração simultânea de eletricidade.

    A Universidade Mendeleev é a principal universidade russa que forma especialistas na área da química. A universidade visa tanto criar novas tecnologias, quanto implementá-las na indústria. Os 40 departamentos e 20 laboratórios fazem pesquisas avançadas e formam jovens especialistas. A universidade possui instalações experimentais, um parque técnico e um centro de inovação tecnológica.

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    Tags:
    resíduos tóxicos, eletricidade, microrganismos, Rússia, inovação, novas tecnologias
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