Produção de energia em célula combustível microbiana de leito fluidizado

Abstract

As células combustíveis microbianas (CCMs) são dispositivos eletroquímicos que proporcionam a produção de eletricidade associada à degradação de matéria orgânica, oriunda de efluentes domésticos e industriais como combustível. O aperfeiçoamento do dispositivo, proporcionando o aumento na área superficial consiste em uma alternativa promissora para o futuro desta tecnologia. Neste contexto, a fluidização incide em proporcionar maior transferência de massa devido ao contato intermitente entre as partículas sólidas e o fluido, além de garantir a homogeneidade do sistema reacional. Dessa forma, o presente trabalho tem como objetivo desenvolver uma célula combustível microbiana de leito fluidizado (CCM-LF), identificando a influência das condições hidrodinâmica no desempenho deste reator. Foi confeccionada uma CCM de dois cilindros concêntricos, um o ânodo (compartimento interno) e um cátodo (compartimento externo), separados por uma membrana catiônica. O ânodo foi inoculado com sedimento oriundo do processo de beneficiamento do sedimento de dragagem do Porto de Rio Grande, a CCM foi alimentada com acetato de sódio e o cátodo foi preenchido com ferrocianeto de potássio. Análises físicas, químicas e eletroquímicas foram realizadas para a caracterização do material do eletrodo do ânodo, do processo hidrodinâmico e elétrico da CCM-LF confeccionada. O declínio da Rext em todas as condições hidrodinâmicas de maneira geral proporcionou o aumento do desempenho da CCM-LF. Quando a célula foi operada no estágio de mínima fluidização, foi obtida a melhor condição proporcionando maior densidade de corrente e densidade de potência com qualquer uma das Rext estudadas. A EC da CCM-LF apresentou as melhores condições quando foi operada em leito fixo (0,63 mm.s-1 ) com Rext de 47 Ω atingindo 88,66% de eficiência e quando a CCM-LF foi operada na velocidade de mínima fluidização (25,17 mm.s-1 ), nas resistências de 100 Ω e 47 Ω, atingindo, respectivamente, 90% e 83,26% de rendimento. A ER de matéria orgânica de maneira geral apresentou maior eficiência quando a célula foi operada com uma Rext de 560 Ω em leito fixo (0,63 mm.s-1 ) atingindo 77,06 % de eficiência e também na condição de mínima fluidização (12,47 mm.s-1 ) alcançando 81,58 % de eficiência.

Microbial fuel cells (MFCs) are electrochemical devices that provide electricity production associated with the degradation of organic matter derived from domestic and industrial waste as fuel. The improvement of the device, providing increased surface area consists of a promising alternative for the future of this technology. In this context, the fluidization relates to providing higher mass transfer due to intermittent contact between the solid particles and fluid, and ensure the homogeneity of the reaction system. Thus, this study aims to develop a microbial fuel cell fluidized bed (FD-MFC), identifying the influence of hydrodynamic conditions on the performance of this reactor. MFC’s was made one of two concentric cylinders, the anode (inside enclosure) and a cathode (outer housing) are separated by a cationic membrane. The anode was inoculated with sediment coming from the beneficiation process of dredging sediment from the Port of Rio Grande. The MFC was fed with sodium acetate and the cathode was filled with potassium ferrocyanide. Fhysical, chemical and electrochemical analyzes were performed to characterize the anode electrode material, the hydrodynamic and electrical process of the developt FD-MFC. The decline in all Rext hydrodynamic conditions generally provided increasing FD-MFC performance. The decline in all Rext hydrodynamic conditions generally provided increasing FD-MFC performance. The biggest current density and power density to any one of the Rext studied was found at the minimum fluidization conditions for this cell operatios. The CE FD-MFC shows the best conditions when it was operated in a fixed bed (0.63 mms-1 ) with Rext of 47Ω showing efficiency around 88.66%. When FD-MFC was operated at minimum fluidization conditions (25.17 mm.s -1 ) with resistances of 100 Ω and 47 Ω was found efficiencyes around 90% and 83.26% respectively. In general, for a fixed bed (0.63 mm.s -1 ), higher RE of organic matter was reach when the cell was operated with a Rext 560 Ω, reaching 77.06%. For the minimum fluidization (12.47 mm.s -1 ) condition, efficiency reaches 81.58% efficiency.