CELDA DE COMBUSTIBLE MICROBIANA COMO ALTERNATIVA DE SOLUCION A LA CRISIS ECONOMICA EN ZONAS RURALES

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MARCO TEÓRICO

Una pila de combustible microbiana (MFC) es un dispositivo en el que se convierte energía química en energía eléctrica por la acción biocatalítica de microorganismos que oxidan sustratos biodegradables tales como glucosa, acetatos o materia orgánica presente, por ejemplo, en las aguas residuales. Una MFC típica consiste en dos semipilas separadas por una membrana selectiva de protones.

Resultado de la oxidación de la materia orgánica en condiciones anaeróbicas se produce CO2, protones y electrones, mientras que en condiciones aeróbicas únicamente se produciría CO2 y agua. Por ello resulta de interés mantener condiciones anaeróbicas para la generación de electrones:

C12H22O11 + 13H2O ⎯⎯→ 12CO2 + 48H+ + 48e-

Los electrones generados son transferidos hacia el electrodo negativo, el ánodo. Esta transferencia puede ocurrir de dos maneras, a través de proteínas conductoras de la membrana celular o bien a través de mediadores. Los mediadores (también conocidos como lanzadores de electrones) son sustancias con propiedades redox que actúan como intermediarios entre la membrana celular y el ánodo. Pueden ser añadidos externamente o bien ser excretados como resultado del propio metabolismo microbiano. De aquí, los electrones pasan por un circuito eléctrico externo hacia el electrodo positivo, el cátodo, donde son transferidos hacia un aceptor de electrones de alto potencial como puede ser el oxígeno. Una vez reducido el oxígeno, éste se combina con protones procedentes del compartimiento anódico a través de la membrana semipermeable, formando agua.

Componentes de las pilas de combustible microbianas: ánodos, cátodos y membranas

- Ánodo: ser conductores, biocompatibles, y químicamente estables en el medio con que se alimente la cámara en la que se encuentran. El acoplamiento metálico utilizado para dar consistencia al ánodo debe ser consistente y no susceptible de corrosión en el medio en que se sumerge. El material más versátil del electrodo es el carbón, disponible como placas compactas de grafito, barras, o gránulos, como material fibroso (tela, fieltro, paño, papel, fibras, espuma), y como carbón vidrioso.

- Cátodo: El oxígeno es el aceptor de electrones más adecuado para una MFC debido a su alto potencial de oxidación, su disponibilidad, bajo coste (gratis en el aire), la sostenibilidad y la no formación de productos contaminantes (el agua es el único producto final formado). La elección de los materiales catódicos afecta en gran medida al rendimiento y es muy diversa según el tipo de pila. Para aumentar la tasa de reducción de oxígeno se usa en general platino como catalizador, para oxígeno disuelto en el catolito o al aire libre (gas de difusión) en el cátodo.

- Membrana de intercambio protónico: La mayoría de los diseños de las MFCs requieren la separación de los compartimentos del ánodo y el cátodo por una membrana de intercambio protónico (PEM). Cuando una PEM se utiliza en una MFC es importante tener en cuenta que puede ser permeable a los productos químicos utilizados, tales como oxígeno, iones, o de la materia orgánica utilizada como sustrato.

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OBJETIVOS

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Objetivo general

Estudiar una celda de combustible microbiana como alternativa de solución al problema de la crisis energética en zonas rurales.

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Objetivos específicos

- Investigar artículos y trabajos realizados por otros autores que presentan relación a las celdas microbianas y faciliten el desarrollo del proyecto.

- Identificar los recursos necesarios para la construcción de una celda de combustible microbiana y una planta generadora en una zona rural.

- Analizar el desempeño electroquímico de materiales anódicos y catódicos para el desarrollo del proyecto.

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REFERENCIAS

- Hernández, F. Montaje y estudio de una pila de combustible microbiana para la producción de electricidad con depuración simultanea de aguas residuales.

- Smirnova, A. (2004). Novel carbon aerogel-supported catalysts for PEM fuel cell application. International Journal of Hydrogen Energy.

- Burgos, R. (2012). EVALUACIÓN ELECTROQUÍMICA DE MATERIALES ANÓDICOS Y SU APLICACIÓN EN CELDAS DE COMBUSTIBLE MICROBIANAS. Universidad Autónoma de Yucatán. México.