Modelagem matemática de células de combustível microbianas para geração simultaneamente com tratamento de drenagem ácida de mina de carvão

Abstract

Este trabalho foi desenvolvido com o principal objetivo de descrever algumas das atividades exercidas pelo bolsista Pedro Henrique Pires Baranoski, a sua iniciação científica teve como objetivo manter o funcionamento de duas células de combustível e avaliar diferentes realimentações para otimizar a geração de energia, acompanhando a geração de energia das duas células de combustível microbianas diariamente.

Para o trabalho apresentado foram utilizadas duas Células de combustível microbianas (CCM) Nafion 3 e Nafion 4, a câmara anódica e catódica das CCMs possui capacidade para 2L e foi utilizado como membrana trocadora de prótons Nafion 117. O ânodo foi abastecido em um primeiro momento com 2L Lodo de estação de tratamento de efluente (ETE), e o catodo com 2L drenagem ácida de mina (DAM). após 50 dias foi então implementada uma nova alimentação para o anodo com a adição de 1.900mL de lodo de ETE e 100mL de meio PBS 10x concentrado, para o catodo foi utilizado 1.900mL de DAM e 100mL de meio POSTGATEC. A curva de polarização (CP) foi realizada utilizando resistências de 10000, 5600, 2800, 1500, 680, 330, 150, 68, 33 e 10 medindo a tensão depois 20 minutos da substituição de cada resistor, a CP não estava prevista no plano.

O bolsista auxiliou na produção de um eletrodo desenvolvido com celulose bacteriana (CB) funcionalizada com nanopartículas de prata, às CB foram cultivadas em meio Hestrin e Schramme com bactérias k.hansenii que ficaram incubadas por 20 dias a 30 ºC sem agitação, a síntese de nanopartículas de prata foi utilizado o método Turkevich para a redução de nitrato de prata utilizando citrato de sódio. As celuloses bacterianas foram submersas em 15mL de uma solução contendo nanopartícula de prata e ficaram por agitação a 120 RPM durante 24h, logo após as 24h foi cessada a agitação e as celuloses bacterianas já funcionalizadas foram liofilizadas por 24h para posteriormente serem utilizadas como eletrodos em células de combustível microbiana.

O plano de atividades descrito no projeto não foi cumprido devido ao mal funcionamento do espectrofotômetro, então a síntese de nanopartículas de pratas precisou ser realizada utilizando o espaço de um outro laboratório, um outro fator de grande impacto no cronograma foi a modificação da concentração molar da solução de nanopartículas de prata, pois a concentração utilizada inicialmente apresentou baixa eficiência, impossibilitando a sua aplicação células de combustível. Atualmente os novos eletrodos estão sendo aplicados em CCMs utilizando cultura pura de e.coli como anodo e uma solução de PBS com ferrocianeto como catodo.

O trabalho de acompanhamento de CCM mostrado no vídeo e faz parte de uma das atividades essenciais para o Probiotec pois as CCMs Nafion 3 e Nafion 4 são usadas inocular eletrodos que serão utilizados em outras CCMs, então é de extrema importância o acompanhamento e manutenção das mesmas.