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Celle a combustibile microbiche ed altri sistemi bioelettrochimici microbici: risultati dell’attività integrative

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Celle a combustibile microbiche ed altri sistemi bioelettrochimici microbici: risultati dell’attività integrative

Studio delle celle a combustibile microbiche finalizzato allo sviluppo di una tecnologia per il recupero di risorse energetiche da reflui: sperimentazione in campo di celle a combustibile microbiche flottanti e alla scala di laboratorio di celle con elettrodi di biochar e in tessuto di carbonio potenziati con nanotubi dicarbonio e nanoceria. Studio del metabolismo di batteri ipertermofili in presenza di elettrostimolazione.

I sistemi bioelettrochimici come le celle a combustibile microbiche (MFC microbial fuel cells) sfruttano la naturale abilità dei microrganismi di interagire attivamente con substrati solidi conduttivi come i metalli, su cui possono formare biofilm, e di trasformare la sostanza organica disciolta in acqua, a sostegno del proprio metabolismo. Con questi presupposti, le MFC sono di interesse da parte della comunità scientifica, con l’ambizione di produrre energia elettrica e depurare reflui inquinanti mediante il metabolismo di batteri indotti a crescere su elettrodi.

In questo ambito, la ricerca svolta ha riguardato lo studio di prototipi di celle a combustibile microbiche, con la prospettiva di sviluppare nuove biotecnologie per il trattamento delle acque reflue, la biosensoristica, la produzione di biocarburanti e la bonifica ambientale.

In particolare, dopo una prima sperimentazione condotta nel triennio 2015-2017, lo studio si è concentrato sul test di prototipi MFC flottanti dotati di nuovi elettrodi potenziati con nanotubi di carbonio e nanopolvere di CeO2 (nanoceria). Le prove sperimentali sono state svolte in campo, presso il depuratore municipale di Bresso-Milano, dove sono state monitorate le prestazioni delle celle in funzione parametri ambientali e dell’acqua. I risultati della sperimentazione hanno mostrato una variabilità della produzione di corrente delle MFC ma il nuovo sistema drogato con nanoceria ha evidenziato una maggiore produttività.

Una seconda linea di ricerca è stata invece dedicata alla verifica delle prestazioni di nuovi materiali, nell’ambito dell’applicazione di sistemi bioelettrochimici al recupero di nutrienti da reflui. Sono stati testati elettrodi a base di carbone vegetale (biochar), un materiale dal costo contenuto e di larga disponibilità, e i risultati ottenuti hanno mostrato dei depositi significativi di sali contenenti macro-e micronutrienti evidenziandone le potenzialità per recupero dei nutrienti dalle acque reflue nei sistemi agro-alimentari.

Infine nell’ambito dell’utilizzo di queste tecnologie per la produzione di biocombustibili e prodotti di interesse industriale (Power-to-gas), è stata svolta una sperimentazione, su batteri selezionati in uno studio svolto durante il triennio 2015-2017. In particolare è stato indagato l’effetto dell’elettrostimolazione del metabolismo dei batteri termofili T. neapolitana, e i risultati ottenuti , seppur preliminari, suggeriscono interessanti prospettive per la possibilità di incrementare il metabolismo di questi batteri nella prospettiva di una conversione efficace di energia elettrica (da fonte rinnovabile) in idrogeno e altri biocombustibili.

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