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Investigadores iraníes han desarrollado un catalizador anódico novedoso y rentable que puede mejorar y estabilizar el rendimiento energético de las pilas de combustible microbianas (MFC) que tratan aguas residuales de la industria del aceite vegetal.
En un artículo publicado en la revista Journal of Chemical Technology and Biotechnology, los científicos explican que las MFC convierten en electricidad la energía química almacenada en la materia orgánica de las aguas residuales utilizando bacterias como catalizador.
El equipo lleva años investigando cómo la modificación de los electrodos puede mejorar el rendimiento de esta tecnología.
"El diseño de los electrodos es el mayor reto para hacer de las MFC una tecnología rentable y escalable. El ánodo de las MFC desempeña un papel vital en la transferencia extracelular de electrones entre las bacterias electroactivas y la superficie sólida del electrodo", afirma en un comunicado Hossein Jafari Mansoorian, autor correspondiente del estudio. "En este sentido, es de crucial importancia desarrollar un material de ánodo novedoso con efectos sinérgicos entre las propiedades de la superficie del ánodo y los microorganismos".
En opinión de Mansoorian, un ánodo deseable debe ofrecer buena conductividad para acelerar la velocidad de transferencia de electrones; excelente biocompatibilidad y baja biotoxicidad para los microbios; mayor superficie específica para proporcionar más sitios de adhesión de microbios y de actividad catalítica; estabilidad química y resistencia anticorrosión, y flexibilidad y durabilidad, así como bajo coste para su aplicación comercial.
"Para mejorar la adhesión bacteriana y la transferencia eficiente de electrones entre las bacterias y la superficie del electrodo, éste debe modificarse y aumentar su superficie para garantizar la captación eficiente de corriente y el rendimiento energético mediante la descomposición de los compuestos orgánicos de las aguas residuales", explicó el investigador.
"Según los resultados de este estudio, la estructura TiO2-HX@MWCNT-COOH-Al2O3 de este compuesto es una candidata adecuada para modificar el electrodo anódico y mejora enormemente la electroactividad".
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Bambú en lugar de platino
Mansoorian y su grupo también investigaron la modificación del cátodo para identificar una alternativa rentable al platino. El fieltro de carbono modificado con carbón activado en polvo (PAC) procedente de Bambuseae (una familia de plantas de bambú) resultó ser eficaz.
Según el investigador, los resultados de este estudio son los últimos de una serie de esfuerzos continuados por mejorar el rendimiento de las MFC. "Gracias a los continuos esfuerzos de los investigadores, se ha logrado un enorme avance en la producción de energía de las pilas de microcombustible, que ha pasado de unos pocos mW⋅cm-2 o mW⋅cm-3 a varios W⋅cm-2 o W⋅cm-3, lo que supone una mejora de tres órdenes de magnitud", señaló.
"En los últimos años se ha acelerado el uso de combustibles fósiles, especialmente petróleo y gas, lo que está desencadenando una crisis energética mundial. La bioenergía renovable se considera una de las formas de paliar la actual crisis del calentamiento global".
Para Mansoorian, los grandes volúmenes de aguas residuales generados por la industria del aceite vegetal hacen insostenibles los elevados requisitos energéticos del tratamiento convencional de aguas residuales.
"Dado que el tratamiento tradicional de las aguas residuales presenta diversas limitaciones, la aplicación sostenible de las MFC podría ser una opción factible en el tratamiento de aguas residuales, así como en la producción de electricidad verde, la síntesis de biohidrógeno, el secuestro de carbono y el tratamiento de aguas residuales medioambientalmente sostenible", señala el científico.
"Pero para que las MFC sean una opción viable para el tratamiento de aguas residuales, deben ampliarse para dar cabida a grandes volúmenes de aguas residuales entrantes, lo que ha demostrado ser un reto por varias razones, incluyendo la minimización de la distancia entre el ánodo y el cátodo para reducir las pérdidas eléctricas y ser competitivas en costes con otras tecnologías de tratamiento."
Mansoorian también señaló que los materiales utilizados para las MFC son costosos, ya que incluyen membranas para separar los electrodos, que son propensos a ensuciarse, y un catalizador para producir suficiente energía.
"Por último, tras obtener electrodos anódicos superiores, es necesario examinar su rendimiento a largo plazo en el tratamiento real de aguas residuales para investigar su estabilidad, durabilidad, propiedades mecánicas y efectos secundarios de la contaminación", dijo.
"No obstante, las MFC tienen sin duda potencial en términos de recuperación de energía durante el tratamiento de aguas residuales, ocupando un nicho de mercado en términos de fuente de energía autónoma y también en el tratamiento directo de aguas residuales".
Noticia tomada de: MINING / Traducción libre del inglés por World Energy Trade
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