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rapporti - Deliverable

Prove sperimentali per la realizzazione di prototipi di bioreattori di elettrometanogenesi

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Prove sperimentali per la realizzazione di prototipi di bioreattori di elettrometanogenesi

Vengono illustrati i risultati sperimentali della ricerca sui sistemi di elettrometanogenesi (o power-to-gas bioelettrochimico BEP2G), realizzati tramite apparati sperimentali operanti in mesotermia e ipertermia. La migliore produzione giornaliera di metano da CO2 ottenuta è pari a 1,2 mol/m2, normalizzata all’area del catodo, con una resa di conversione superiore all’80%. Il dato di produzione è superiore al valore massimo riportato in letteratura ed è stato ottenuto con il sistema operante in mesotermia, con i materiali innovativi messi a punto nel corso del triennio.

Nel presente rapporto sono riportati i risultati di prove sperimentali volte a studiare e ottimizzare processi di elettrometanogenesi. Questa biotecnologia innovativa si avvale di sistemi elettrochimici microbici per la produzione di metano da CO2, in una logica di power-to-gas (BEP2G). Nell’ambito delle sperimentazioni condotte, sono stati realizzati apparati sperimentali a doppia camera, atti a svolgere prove di elettrometanogenesi in condizioni di mesofilia (45°C) e ipertermia (80°C). Per la sperimentazione sono stati impiegati ceppi selezionati di microorganismi idrogenotrofi della famiglia Metanobacteriaceae (dominio Archaea). La concentrazione di metano prodotta con gli apparati realizzati, pari a 1,2 mol/m2 al giorno (normalizzata all’area geometrica del catodo), mostra un’efficienza faradica superiore all’80% e supera i migliori dati riportati in letteratura. Questo risultato è stato ottenuto utilizzando catodi ad alta superficie, consistenti in multicompositi porosi di carbone (biochar conduttivo) drogati con nanoparticelle di rame (Cu) e idrossiapatite (HAP), quali catalizzatori chimici innovativi della riduzione della CO2 (CO2RR). I nuovi materiali sperimentati hanno esercitato un’azione sinergica con quella dei microrganismi, favorendo la riduzione della CO2 e stabilizzando il pH dell’elettrodo. Le sperimentazioni svolte a 80°C con batteri ipertermofili produttori di idrogeno Thermotoga neapolitana e archei metanogeni Methanococcus Jannashii, pur non avendo mostrato rese in metano altrettanto rilevanti, hanno evidenziato una forte interazione con i materiali utilizzati per gli elettrodi. Pertanto, l’impiego di questi batteri, e dei materiali sostenibili sperimentati, si conferma una via efficiente ed innovativa per scalare la tecnologia bioelettrochimica di elettrometanogenesi a costi competitivi in applicazioni di futuro interesse industriale e ambientale.

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