Albert Guisasola (UAB) - SISTEMES BIOELECTROQUÍMICS, UN LÍNIA DE RECERCA PER A PENSAR

sistemes bioelectroquímics,
un línia de recerca per a pensar
albert guisasola i canudas 13 juliol 2012

la fi dels combustibles fòssils

• el consum de combustibles fòssils té vessants negatives
– l'escalfament global,
– l'escassetat del cru i la seva distribució desigual en el món
– el preu del cru està subjecte a grans fluctuacions impredictibles

• es preveu que la producció de petroli es compliqui
– l'esgotament de les reserves de petroli de fàcil extracció,
– el ràpid augment de la demanda dels nous països industrialitzats
– la falta d'inversió en el desenvolupament de noves produccions.

Sistemes bioelectroquímics. UAB. Albert Guisasola i Canudas 13/07/2012

l’inici de les energies renovables

• Les energies renovables són aposta estratègica de futur
– són netes, es restitueixen gratuïtament i, poden ser part de la solució al
problema energètic actual.
– en el 1997 (protocol de Kyoto) més de 160 països es comprometien a
reduir les seves emissions en un 5% respecte els valors de 1990 abans
del 2012.
– La comunitat europea el 2007, es va comprometre a un 20%
d’utilització d’energies renovables per al 2020.
• A Catalunya el consum total d’energies renovables és
relativament baix
– El Pla de l’Energia a Catalunya 2005-2015 proposa estratègies i
accions per tal que la participació de les energies renovables en el
balanç d’energia primària passi del 3,6% de l’any 2003 a l’11,0% de
l’any 2015.

les aigües residuals

• D’energies renovables n’hi ha moltes (solar, eòlica, hidràulica) ...
però una de les menys desenvolupades i, per tant, amb un marge
de millora més important és la valorització energètica dels nostres
residus
– tractar eficientment els residus generats i obtenint energia sostenible a
partir de fonts renovables.
• A Catalunya produïm diàriament al voltant de 2 milions de m3
d’aigua residual amb una concentració d’uns 0.35 g/L de matèria
biodegradable.
– Això significa gairebé 700 tones diàries de matèria orgànica que no tan sols
es desaprofita sinó que, a més a més, hem de tractar.


pensar

sistemes bioelectroquímics, un línia de recerca per a pensar


pensar

sistemes bioelectroquímics, un línia de recerca per a pensar

produir energia sostenible a partir d’aigües residuals

demostrar la viabilitat de diverses estratègies d’operació
innovadores que optimitzin el funcionament d’aquests sistemes
bioelectroquímics per a convertir-los en una tecnologia fiable i,
sobretot, per a escurçar els terminis de la seva aplicació
industrial.


els bacteris exoelectrògens

organic matter electron donor

e-
e-
e-
energy to
the cell e-

H2O
electron acceptor O2
O2 + 4H+ + 4e- -> 2H2O




e-
e-
e-
energy to
the cell e-

N2
electron acceptor NO3-

NO3- + 6H+ + 5e- -> 1/2N2+3H2O




e-
e-
e-
energy to
the cell e-

2-
S2-
electron acceptor SO4
SO42-+ 8H+ +8e- -> S2-+4H2O



C6H12O6
e-
e-
e-
energy to
the cell e-

acceptor d’electrons
insoluble
Els bacteris exoelectrògens són bacteris solid anode
que tenen una característica que els fa
diferents a la resta: són capaços de transferir
electrons a l’exterior de la cèl·lula


MFC, cel·les microbianes de combustible
e-
Ω
Anode EANODE < E CATHODE Cathode

CxHyOz H2O H2O

Microbial
oxidation Chemical Microbial
Reduction reduction

O2
O2
CO2 +H+ H+

Proton Exchange Membrane (PEM)


MFC
e-
Ω

CxHyOz H2O H2O

Microbial
Reduction reduction

O2
O2
CO2 +H+ H+

Així doncs, el resultat final del procés és que es consumeix matèria
orgànica i de manera simultània es produeix electricitat.


MFC


MEC, cel·les electrolítiques microbianes
e-
Ω

CxHyOz H2O H2O

Microbial
Reduction reduction

O2
O2
CO2 +H+ H+


MEC
e-
Ω

CxHyOz H2O H2O

Microbial
Reduction reduction

O2
O2
CO2 +H+ H+


MEC

CxHyOz H2
H2

Microbial Chemical Microbial
oxidation Reduction reduction

MEC

CO2 +H+ H+ H+

EANODO > E CATODO cathode
Anode e-


per què hidrogen?

• L'hidrogen gas pot ajudar a superar la dependència actual dels
combustibles fòssils
• ja que és un transportador d'energia net i renovable sense
influència en l'efecte hivernacle durant el procés de generació
d'energia.
• l'hidrogen té un elevat calor de combustió (122 kJ/g) quan es
compara amb altres possibles combustibles (metà, 50.1 kJ/g o
etanol, 26.5 kJ/g).
• es pot produir des de diferents fonts naturals
• es pot esperar que tingui un preu amb poques fluctuacions en el
futur.


MEC per a produir hidrogen

• Proporcionen energia en forma d'hidrogen gas.
• Més sostenible que steam reforming a partir d'hidrocarburs
• Més eficient que la fermentació fosca (màxim termodinàmic de 4 mol
H2/ mol de glucosa),
• Poca producció de sòlids
• Poden minimitzar la producció d'olors


MEC vs MFC

MFC are devices that use bacteria as the catalyst to
oxidize organic and inorganic matter and generate
current

MEC are devices that use bacteria as the catalyst to
oxidize substrates and produce hydrogen with an
energy input in a sustainable way

MFC MEC

Anode: CH3COO- + 4 H2O →2HCO3- + 9 H+ + 8e- Anode: CH3COO- + 4 H2O →2HCO3- + 9 H+ + 8e-
Cathode : 2 O2 + 8H+ + 8e- → 4H2O Cathode : 8H+ + 8e- → 4H2
Total : CH3COO- + 2 O2 →2HCO3- + 1 H+ Total : CH3COO- + 4 H2O →2HCO3- + 1 H+ + 4H2

∆G = -847.60 kJ/mol, emf = 1.10 V ∆G = 93.14 kJ/mol, emf = -0.12 V

Oportunitats dels sistemes bioelectroquímics

MFC – Obtenir electricitat a partir de residus aquosos
Fer funcionar equips de baix consum elèctric
Aprofitar reaccions metabòliques d’oxidació
Biosensors

MXC – Obtenir productes de manera sostenible i més eficient

Altres oportunitats més trencadores
Microbial Solar Cells, Microbial Plant Cells


Preguntes ?
Gràcies per la vostra atenció


Albert Guisasola (UAB) - SISTEMES BIOELECTROQUÍMICS, UN LÍNIA DE RECERCA PER A PENSAR

More Related Content

Viewers also liked

Similar to Albert Guisasola (UAB) - SISTEMES BIOELECTROQUÍMICS, UN LÍNIA DE RECERCA PER A PENSAR

More from xrbiotech

Albert Guisasola (UAB) - SISTEMES BIOELECTROQUÍMICS, UN LÍNIA DE RECERCA PER A PENSAR