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EVALUACIÓN DE CONSORCIOS BACTERIANOS SOBRE
LA RESISTENCIA INTERNA DE UNA CELDA DE
COMBUSTIBLE MICROBIANA
Diana Laura Orozco Delgado1, Ana Karina Díaz Hernández1, Areli del Carmen Ortega Martínez1
Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Veracruzana, campus Coatzacoalcos. Avenida Universidad Km 7.5 Colonia Santa Isabel I C.P. 96535
OBJETIVO
Evaluar el consorcio bacteriano hierro-reductor y sulfato-reductor sobre la resistencia interna de la CCM
METODOLOGÍA
INTRODUCCIÓN
La actual problemática energética-medioambiental, motiva la
búsqueda de nuevas fuentes de energía con menor impacto. Las
celdas de combustible microbianas (CCM) son dispositivos que
convierten la energía química contenida en la materia orgánica
del agua residual, en energía eléctrica, utilizando
microorganismos como catalizadores (Palomo y Buitrón,
2011). Los microorganismos funcionan como un catalizador
para la oxidación electroquímica de la materia orgánica, y el
electrodo es por lo tanto descrito como un bioánodo
microbiano.
En
las
CCM,
los
microorganismos
electroquímicamente activo son capaces de transferir electrones
extracelularmente y pueden usar este mecanismo para transferir
electrones a un electrodo mientras oxidan la materia orgánica
presente en las aguas residuales (Falcón et al., 2009),
mecanismo que usan las bacterias hierro-reductoras y sulfatoreductoras. El proceso de tratamiento bioelectroquímico de
aguas residuales puede ser modificado por una conexión
eléctrica del bioánodo a un electrodo auxiliar (cátodo) que
desempeñará una reacción de reducción. Como resultado de
esta conexión eléctrica entre el ánodo y el cátodo, las
reacciones de los electrodos pueden ocurrir y los electrones
pueden fluir del ánodo al cátodo produciendo así una corriente
eléctrica. (Rozendal et al., 2008).
Obtención del inoculo hierroreductor y sulfato-reductor
mediante transferencias
seriales y en un biorreactor
mesofílico continuo de mezcla
completa, respectivamente.
Operación del reactor a
circuito abierto (CA) durante
1 h hasta obtener un valor
estable en el voltaje.
Se llenó la cámara anódica de
la CCM con agua compuesta
por el 50% del inoculo
(sulfato-reductor e hierro
reductor) y el resto de agua
residual sintética.
El circuito del reactor se
equipó con una Rext variable
de un valor de 100 Ω a 100kΩ
y viceversa, para obtener la
Rint de la CCM.
Los cátodos fueron aireados
por convección natural.
Operación del reactor a CA
para corroborar el estado
estacionario del sistema.
Calculo de la Rint mediante la
curva de polarización.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
CONCLUSIÓN
Figura 1. Curvas de polarización de la celda de combustible microbiana,
a) inóculo hierro-reductor, b) inóculo sulfato-reductor
1.2E-01
4.0E-03
8.0E-02
5.0E-01
8.0E-01
4.0E-01
6.0E-01
3.0E-01
4.0E-01
2.0E-01
4.0E-02
2.0E-01
0.0E+00
0.0E+00
3.0E-07
6.0E-07
9.0E-07
PAN (mW/m2)
1.6E-01
6.0E-03
2.0E-03
6.0E-01
b)
ECCM (V)
a)
8.0E-03
ECCM (V)
1.0E+00
2.0E-01
PAN (mW/m2)
1.0E-02
1.0E-01
0.0E+00
1.2E-06
0.0E+00
0.0E+00
ICCM (A)
1.0E-05
2.0E-05
3.0E-05
0.0E+00
4.0E-05
ICCM (A)
Cuadro 1. Caracterización de la celda de combustible microbiana
cargada con inóculo hierro-reductor e inóculo sulfato-reductor.
Parámetro
In-HRa
In-SRb
Rintc (Ω)
220 k
15 k
ECCM-maxd (V)
0.175 ± 0.01
0.522 ± 0.16
ICCM-maxe (mA)
0.0009 ± 5.1ᴇ-04
0.03 ± 0.0016
PAn-maxf (mW/m2)
0.008 ± 0.002
0.88 ± 0.27
PV-maxg (mW/m3)
0.314 ± 0.08
33 ± 10
PCCM-maxh (mW)
5ᴇ-05 ± 1.2ᴇ-06
5.5ᴇ-03 ± 4.4ᴇ-06
Nota: 1. (a) Inóculo hierro-reductor; (b) Inóculo sulfato-reductor; (c)Resistencia interna; (d) Voltaje máximo; (e)
Máxima intensidad de corriente; (f) Máxima densidad de potencia; (g) Máxima potencia volumétrica; (h)
Máxima potencia de salida.
La celda de combustible microbiana tuvo mejor eficiencia
empleando el inóculo sulfato-reductor que el inóculo hierroreductor; sin embargo, las resistencias para ambos inóculos siguen
siendo altas.
El voltaje obtenido con el inóculo sulfato-reductor fue alto y esto
pudo deberse a la población de bacterias electroquímicamente
activas que facilitan el transporte directo de electrones a pesar de
que la muestra para el inóculo hierro-reductor se tomó de un
sedimento, donde habría la posibilidad de encontrar bacterias del
género Geobacter.
Cuando se empleó el inóculo hierro-reductor necesitó mayor
tiempo de estabilización, es por ello que se requiere un mayor
tiempo de aclimatación de estas bacterias dentro de la celda, con la
finalidad que formen una biopelícula en el electrodo que pueda
facilitar la trasnferencia de electrones.
REFERENCIAS
[1] Briones, R. P., & Buitrón, G. (2011). Efecto de la resistencia externa sobre la
degradación de fenol en celdas de combustible microbianas. BioTecnología de la
Sociedad Mexicana de Biotecnología y Bioingenieria, A.C, 1.
[2] Rozendal RA, H. H. (2008). Towards practical implementation of
bioelectrochemical wastewater treatment. National Center for Biotechnology
Information, 26, 450-459. doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.tibtech.2008.04.008
[3] Axel Falcón, J. E. (2009). Bioelectricidad. Revista de la Sociedad Mexicana de
Biotecología y Bioingeniería A.C., 13(3), 67.