Producción de electricidad a partir de aguas residuales ...
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Producción de electricidad a partir de aguas residuales
industriales utilizando microorganismos
Claudia Etchebehere
Laboratorio Ecología Microbiana
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Laboratorio de Electroquímica Fundamental
Dra. E. Teliz, Ing. V. Díaz, I. Pérez, G. Pérez,
Dr. F. Zinola
Laboratorio de Ecología Microbiana
Lic. L. Fuentes, Ing. S. Fadul, Lic. J. Wenzel
Dra. A. Cabezas, Dra. C. Etchebehere
LabMet Universidad de Ghent, Bélgica
Dr. N. Boon, Dr. K. Rabaey
Proyecto FSE ANII 2009-032
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Convertir el sistema de tratamiento de aguas residuales en biorefiniería
Objetivo:
• Eliminar la contaminación de las aguas
• Evitar eutrofización de cursos de aguas
• Re-uso de agua
• Bio-refineria (energía)
Tratamiento
primario Fisicoquímico
Remoción de sólidos
Tratamiento
secundario Biológico
Remoción de C
Tratamiento
terciario Biológico o químico
Remoción de N, P, S Agua
tratada
Agua residual
Proceso:
Energía (metano, hidrógeno)
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Hidrógeno como energía
• Energía “limpia”
• No produce efecto invernadero
• Produce agua
• Se puede almacenar
• Se puede producir de distintas fuentes renovables
• Versátil
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Producción de hidrógeno por fermentación oscura
Se busca inhibir los procesos que consumen hidrógeno y favorecer los que producen hidrógeno
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Producción de hidrógeno utilizando suero de queso
Diferente configuración, inóculo, TRH, TRC, carga, etc. Mag. Elena Castelló, Dra. Liliana Borzacconi, BioProA Fac. Ingeniería
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Agu
a re
sid
ual
Celdas de combustible
(PEMFC)
Fermentador de hidrógeno
Celdas de combustible microbianas
(MFC)
H2
ELECTRICIDAD
ELECTRICIDAD
Ácidos orgánicos
Objetivos
• ¿Es posible utilizar el bio-hidrógeno en celdas electroquímicas (PEMFC)?
• ¿Es posible utilizar el efluente en celdas microbianas?
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Proton Exchange Membrane Fuel Cell
Venenos catalíticos comunes de electrodos de Pt: CO, SOx, NOx, compuestos orgánicos
Lab. Electroquímica, Fac. Ciencias estudia diseño de nuevos catalizadores
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Suer
o d
e q
ues
ería
Combustión o celdas de combustible
Fermentador de hidrógeno
H2
Voltametría cíclica en
electrodo de Platino
Laboratorio de
Electroquímica de
Facultad de Ciencias
Análisis de venenos catalíticos presentes en el biogás
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Resultados bio-hidrógeno
Voltametría cíclica del biogas adsorbido sobre Pt en 1.0 H2SO4
Adsorción
No reacción en
doble capa
Oxidación a altos
potenciales
Intermediarios
metabólicos
Dos efluentes: suero de queso vinaza Dos microorganismos: Enterobacter Clostrdium Bioreactor
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¿Es posible utilizar el efluente en celdas microbianas?
Celda microbiana con cátodo al aire
Materia
orgánica
CO2 + H+
H+ H2O
O2
Ánodo Cátodo
Ω
e-
e-
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Estrategia
• Inoculación y alimentación con acetato
• Cambio de alimentación • Suero de queso • Salida de reactor productor de hidrógeno
• Seguimiento del voltaje • Análisis electroquímicos • Análisis microbiológico
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Resultados
0
5
10
15
20
25
30
35
40
eficiencia coulómbica
(%)
Potencia máxima
(Watt/m3)
pH final
suero de queso
acetato
efluente salida del reactor
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Composición de la comunidad microbiana de los ánodos
Clostridiaceae 36%
Geobacteraceae
29%
Chthoniobacteraceae
18%
o_Bacteroidale
Alteromonadaceae
Other
Nitrosomonadaceae
Acetato
Clostridiaceae 30%
Pseudomonadaceae 14%
Geobacteraceae
10%
Other
Peptostreptococcaceae
Nitrosomonadaceae 8%
Rhodocyclaceae 7%
Deinococcaceae
Catabacteriaceae
Efluente de reactor
Clostridiaceae 70%
Streptococcaceae 13%
Lactobacillaceae
Actinomycetaceae 6%
Veillonellaceae
Suero
Fusobacteriales 52%
Campylobacteraceae 32%
Bradyrhidobiaceae
Pseudomonadaceae 6%
Inóculo
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Agu
a re
sid
ual
Celdas de combustible
(PEMFC)
Fermentador de hidrógeno
Celdas de combustible microbianas
(MFC)
H2
ELECTRICIDAD
ELECTRICIDAD
Ácidos orgánicos
Conclusiones
• Es posible utilizar el bio-hidrógeno en celdas electroquímicas (PEMFC)
• Es posible utilizar el efluente en celdas microbianas
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Principales aportes del proyecto
• Se desarrolló un trabajo en conjunto entre Microbiología y Electroquímica.
• Se inició una línea nueva de investigación en sistemas bioelectroquímicos.
• Formación de estudiantes de doctorado y maestría.
• Inserción en Uruguay una investigadora jóven.
• Varios trabajos en congresos y se están preparando dos publicaciones.
• Colaboración con investigadores de Latinoamérica y de Europa.
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Continuación del trabajo
• Optimización en la producción de hidrógeno por fermentación de aguas residuales (FSE6437).
• Estudio de los microorganismos que transfieren electrones (electroactivos)
• Estudio de otros sistemas bioelectroquímicos
(celdas MEC, celdas de sedimento)
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ANII FSE
Lab. de Electroquímica (F. Zinola, E. Teliz, V. Díaz, G. Pérez, I. Pérez)
Lab. Ecología Microbiana
Laura Fuentes (Tesis de Maestria en Biotecnologia)
Silvana Fadul (Tesis Maestria en Biotec.)
Jorge Wenzel (Tesis de Maestría y doctorado en Química)
Ángela Cabezas
LabMet Universidad de Ghent, Bélgica
Dr. N. Boon, Dr. K. Rabaey
Agradecimientos
Reactores de producción de hidrógeno BioProA, IIQ, Facultad de Ingeniería
Mag. Elena Castelló
Dra. Liliana Borzacconi
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Gracias