Ânodo de escova de fibra de carbono em célula combustível microbiana para o tratamento de esgoto sanitário e geração de bioenergia
Autor: Manoele Tonatto Scalco (Currículo lattes)
Resumo
A procura por novos recursos energéticos para suprir as necessidades mundiais aumentou o interesse por células combustíveis microbiológicas (CCMs) que geram eletricidade a partir degradação de matéria orgânica por bactérias exoeletrogênicas. Para a estrutura das CCMs se deve considerar o tipo de material que irá compor os eletrodos anódicos e catódicos e suas áreas superficiais, sendo as escovas de fibra de carbono e grafite alternativas de grande potencial para esse fim, bem como a conformação ar-cátodo. O objetivo deste trabalho foi estudar o uso de escovas de fibra de carbono como eletrodo anódico em CCMs do tipo ar-cátodo, comparando e avaliando o seu desempenho na degradação de matéria orgânica proveniente do tratamento de esgoto sanitário e na geração de energia. Para isso foi estudado o uso de eletrodos anódicos com diferentes valores de áreas superficiais - 575 cm² (CCM 1 e 1), 687,5 cm² (CCM 2) e 781,5 cm² (CCM 3) - e comparados entre si. As CCMs foram inoculadas com sedimento marinho e o período de startup durou até a estabilização da diferença de potencial (ddp). Após estabilizar, foram analisadas diferentes Rext - 1000 , 800 , 560 , 330 , 270 e 150 - onde obteve-se densidades de potência máxima média de 11,91 mW/m² e 12,65 mW/m² para as CCMs 1 e 1 (duplicata) e 11,64 mW/m² e 8,5 mW/m² para as CCMs 2 e 3, respectivamente, utilizando a resistência de 330 , a qual foi escolhida para ser usada até o final do estudo. Após a troca de Rext e mantendo as alimentações com acetato de sódio 1 g/L até o dia 79 para as CCMs 1 e 1 e até o dia 152 CCMs 2 e 3, foram encontrados valores de ddp máximos de 0,46 V, 0,5 V, 0,58 V e 0,44 V para as CCMs 1, 1, 2 e 3, respectivamente. Além disso, durante esse período as remoções médias de matéria orgânica foram entre 56% a 59%. A implementação do esgoto sanitário na operação das CCMs se iniciou nos dias 80 para as CCMs 1 e 1 e 153 para as CCMs 2 e 3, até o término do estudo. Durante esse tempo as remoções de matérias orgânicas médias atingiram valores acima de 60%. Avaliando a capacidade energética, ao contrário da remoção de matéria orgânica, as CCMs 1, 1 e 3 obtiveram valores semelhantes de ddp quando feita a comparação entre efluente sintético e esgoto sanitário. Mesmo a CCM 2 obtendo valores de ddp (0,58 V) maiores que as demais, sua densidade de corrente atingiu valores máximos de 25,57 mA/m², sendo esse valor menor ao encontrado para a CCM 1 que continha uma área superficial de escova menor, atingindo 0,5 V e 26,35 mA/m². As CCMs apresentaram resultados promissores na remoção de matéria orgânica de esgoto sanitário, sendo obtidos taxas superiores com maiores áreas superficiais de escovas de fibra de carbono.