CELDAS DE COMBUSTIBLE MICROBIANAS (MFC): GENERADOR DE ENERGÍA ELÉCTRICA
1Arias N., 1Bisbal G., 1De
la Jara C., 1Ezquerra M., 1Fernández N., 1Llerena
E., 1Medina V., 1Rivera M.
(1) Universidad
Católica de Santa María, Grupo de Prácticas de Termodinámica, Ingeniero Molina
F., Arequipa, Perú.
RESUMEN
Con el paso de los años se ha incrementado el uso de los MFC para generar energía, por lo que, el presente artículo científico muestra los resultados obtenidos de la fabricación de una celda microbiana de combustible (MFC) a partir de los microorganismos ubicados en el lodo de agua estancada de río, con un puente salino hecho de gelatina, agar con cloruro de potasio mezclado con sal y el grafito encontrado en pilas comunes. Los resultados obtenidos formaron una curva decreciente, cuyo primer valor medido fue de 296 mV y el último valor medido alcanzó 0 mV.
Palabras Claves: MFC, Microorganismos, lodo, puente salino, agar, gelatina, grafito.
ABSTRACT
Over the years, the use of MFCs to generate energy has increased, so, this scientific article shows the results of the manufacture of a microbial fuel cell (MFC) from the specific microorganisms in the sludge from stagnant river water, with a saline bridge, made of gelatin, agar with potassium chloride mixed with salt and the graph found in common batteries. The results were formed in a decreasing curve, whose first measured value was 296 mV and the last measured value at 0 mV.
Keywords: MFC, microorganisms, sludge, saline bridge, agar, gelatine, graph.
I. INTRODUCCIÓN
Una celda de combustión microbiano (Microbial fuel cell) o celdas de Combustible Microbianas son una tecnología emergente que podrían contribuir a solucionar dos de los problemas más críticos que afronta la sociedad actual: la crisis energética y la disponibilidad de agua no contaminada. Una MFC es un dispositivo que utiliza microorganismos para convertir la energía química presente en un sustrato en energía eléctrica, esto es posible cuando bajo ciertas condiciones algunos microorganismos transfieren los electrones producidos en su actividad metabólica a un electrodo (ánodo) en lugar de a un aceptor natural de electrones (como oxígeno) (Huang et al., 2011). Este proceso contribuye a degradar la materia orgánica representada como sustrato o combustible y ha sido estudiado ampliamente en MFC de cátodo abiótico con la generación de energía eléctrica a pequeña escala. La perspectiva de disponer de agua limpia para liberar al ambiente se fortalece al considerar las MFC de biocátodo recientemente exploradas las que además de los beneficios ya mencionados, pueden contribuir a la biorremediación de compuestos tales como xenobióticos o metales pesados, debido a que los microorganismos pueden aceptar electrones desde el cátodo. En un bioánodo existen bacterias electroquímicamente activas (Chang et al., 2006)
Las MFC se realizaban a través de cultivos de bacterias, la bacteria Geobacter sulfurreducens es una de las bacterias más utilizadas en el estudio de celdas de combustible biológicas, por su alta eficiencia de conversión energética, este hecho fue descubierto por el Dr. Derek R Lovley y sus colaboradores en el año de 1987, esta bacteria tiene el potencial para realizar biorremediación, esta tecnología se encuentra principalmente en etapa de desarrollo experimental y piloto las potencias eléctricas obtenidas son aún bajas y no hay actualmente aplicaciones comerciales disponibles, la investigación hace prever un futuro prometedor a mediano plazo. Estos sistemas usan diferentes tipos de materiales para la elaboración del electrodo para elevar la captación eléctrica, evitar la formación de biopelícula y tener mayor ergonomía en el caso de ser un material conductor flexible.
II. OBJETIVO
Generar energía eléctrica a partir de lodo de acequia haciendo uso de electrodos de grafito.
III. PARTE EXPERIMENTAL
MATERIALES:
Tubo PVC, silicona de vidrio, cinta aislante, cable de cobre, moldi mix, 2 recipientes de plástico, grafito de las pilas, cables con pinzas de cocodrilo.
EQUIPOS:
Taladro, Multímetro.
REACTIVOS:
Agar, gelatina, cloruro de sodio (NaCl), cloruro de potasio (KCl), sustrato (lodo fangoso de acequia)
METODOLOGÍA:
1. Preparación del puente salino
El interior de un tubo de PVC de corta longitud se llenó con una mezcla líquida de gelatina, agar, solución de cloruro de potasio 3M y cloruro de sodio. Posteriormente, este tubo de congeló para lograr que se solidifique su contenido.
2. Construcción de los electrodos
Se extrajo la barra de grafito de 6 pilas comunes tamaño AAA y se retiró un trozo terminal de la parte externa de dos cables con hilos de cobre en el interior, para unir los grafitos (tres grafitos para cada cable) al extremo del cable sin la parte externa.
3. Ensamblaje de las celdas
Para hacer las celdas, se utilizaron dos recipiente, los cuales fueron taladrados en la parte lateral, haciendo un orificio con el mismo diámetro del tubo que contenía el puente salino, los dos extremos del tubo del puente salino fue unido de forma horizontal a los dos recipientes con la ayuda de un pegamento resistente al agua, posteriormente, uno de los recipientes se llenó con agua destilada y el otro, con lodo fangoso extraído de una acequia. Finalmente, se introdujeron los electrodos en los baldes, con el lado de los grafitos dentro y el otro extremo fuera. El voltaje se midió con un voltímetro, por medio la parte de los electrodos que estaba fuera de las celdas.
IV. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
En este trabajo se utilizó el lodo de acequia como sustrato, en comparación con otros experimentos los cuales utilizan diferentes sustratos ya sea vinagre (Landazábal, 2008) o también puede utilizarse yogurt, vómitos, glucosa o sangre (ESPINOZA, 2016). Para verificar si la MFC generaba energía, realizamos 4 mediciones. Es así que obteniendo en la primera medición un valor de 296 mV (Fig.1), en la segunda medición 87mV (Fig.2), en la tercera medición obtuvimos 34 mV (Fig.3) y por último en el día 4 alcanzamos un valor de 0mV; obteniendo así una curva decreciente en la generación de energía.
Fig.1 Medición inicial
Fig.2 Medición segundo día
Fig.3 Medición tercer día
Fig4. Curva de medición
V. CONCLUSIONES
La operación de la MFC confirmó la viabilidad de generar bioelectricidad a partir de microorganismos presentes en el lodo fangoso de una acequia, haciendo uso de 6 grafitos. La experiencia tuvo un resultado promedio de energía de 104.24 mV por 4 días consecutivos, el primer día se obtuvo una mayor producción de 296mV. La MFC es una tecnología prometedora para la generación alternativa de energía eléctrica.
VI. RECOMENDACIONES
· Utilizar materiales apropiados para la construcción del sistema, sobre todo para pegar el puente salino a los recipientes.
· Tener en claro quien cumplirá la función del ánodo y del cátodo.
· El sustrato debe contener la mayor cantidad posible de microorganismo, es decir mientras más impurezas tena mucho mejor. El sustrato puede ser extraído de fangos, acequias, ríos, entre otros.
· El puente salino debe contener altas cantidades de sales.
VII. BIBLIOGRAFIA
1. Daladier Cotrina. (Junio,2017). “Producción De Bioelectricidad En Celdas De Combustible Microbiana Utilizando Acidithiobacillus Ferrooxidans”.
2. Dolly M. Revelo, Nelson H. Hurtado Y Jaime O. Ruiz. (Junio 2014). “Celdas de Combustible Microbianas (Ccms): Un Reto Para La Remoción De Materia Orgánica Y La Generación De Energía Eléctrica”.
3. Fátima Antonelli Castro Castillo. (Mayo,2019). “Determinación Del Efecto Del Tipo De Electrodo Sobre Las Características De Funcionamiento De Una Celda De Combustible Microbiana Para La Producción De Energía Eléctrica”.
4. Germán Buitrón Y Jaime Pérez. (Junio,2011,2). “Producción De Electricidad en Celdas de Combustible Microbianas Utilizando Agua Residual: Efecto De La Distancia Entre Electrodos”
