PRODUÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA A PARTIR DE CÉLULA A COMBUSTÍVEL MICROBIANO UTILIZANDO OLÉO DE FRITURA

ISBN 978-85-85905-10-1

Área

Iniciação Científica

Autores

Almeida, L.C.G. (UNIVERSIDADE DO ESTADO DO AMAZONAS) ; Bastos, W.S. (UNIVIERSIDADE DO ESTADO DO AMAZONAS) ; Fonseca, J.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS) ; Amorim, V.S.O. (UNIVERSIDADE DO ESTADO DO AMAZONAS) ; Silva, C.G.N. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS) ; Serudo, R.L. (UNIVERSIDADE DO ESTADO DO AMAZONAS)

Resumo

Visando alternativas para produção de energia elétrica de forma limpa, eficiente e barata, foi desenvolvida a célula a combustível microbiano (CCM) utilizando óleo de fritura como substrato. A mesma é composta de fibra de carbono e placa de alumínio de grande área superficial como eletrodos, além da membrana de troca de prótons (NAFION® 117). O sistema foi montado utilizando Shewanella sp cultivadas em meio mínimo M9, óleo de soja frito e 500mL de KCℓ 0,002molL-1. Como resultado, a CCM gerou durante 9 horas e 30 minutos, 1.925,944µW além de gerar uma corrente máxima de 2,32mA. Sendo assim, prova-se ser possível a utilização de óleo de fritura como substrato para a geração de energia elétrica.

Palavras chaves

Shewanella sp; bioeletricidade; óleo de soja

Introdução

Atualmente, a preocupação com o meio ambiente, a qualidade dos produtos e com o consumo de energia têm incentivado a busca de tecnologias limpas, eficientes e baratas. Dessa forma, devido ao crescimento de empresas de fast food, óleos de fritura estão mais presentes na alimentação cotidiana, gerando um grande volume de resíduo do mesmo que são potentes agentes poluidores, uma vez que, por exemplo, impede a entrada de luz e oxigênio na água, prejudicando o desenvolvimento da fauna e flora aquática. Em contrapartida, o descarte em redes de esgoto encarece o sistema de tratamento dos mesmos, além de auxiliar a proliferação de insetos (SANTOS, 2011; JORGE et al., 2005). Dessa forma, explorando a habilidade bioquímica da shewanella sp. em degradar ácidos graxos, além de seu eficiente sistema de transferência eletrônica extracelular utilizando eletrodos como receptores finais de elétrons em seu metabolismo, foi desenvolvido uma célula a combustível microbiana (CCM) com a intenção de encontrar meios para remediar esse problema. As CCMs são biorreatores onde microrganismos transferem elétrons gerados na oxidação de substâncias orgânicos para eletrodos de trabalho. Esses elétrons são transferidos a um contra- eletrodo por meio de um circuito externo, devido a diferença de potencial elétrico entre o anodo e o catodo. Os íons, advindos também da oxidação da matéria orgânica, são liberados no meio gerando um fluxo iônico mediado por uma membrana íon seletiva (CARVALHO, 2010; NELSON, 2011; SAID, 2004; TELEKEN, 2013).

Material e métodos

CONSTRUÇÃO DA CCM: A CCM foi construída com acrílico transparente. Foram feitos dois compartimentos de dimensões iguais chamados de anodo e catodo. Os mesmos possuiam três cavidades distintas para o influente e efluente, assim como para um conector do eletrodo. O dispositivo foi fisicamente separados por uma membrana de íon seletiva (Nafion® 117) com 49cm2 de área superficial. No anodo continha fibra de carbono; e no cátodo, placa de alumínio. Os dois estão conectados a um fio de alumínio formando um circuito externo. CONSTRUÇÃO DE SISTEMA SUPORTE PARA A CCM: Para o funcionamento da CCM, foi montado um sistema (Figura 1). Em uma câmara termostatizada, foi colocado a CCM, um erlenmeyer A (com meio de cultura) e o erlenmeyer B (com óleo de fritura). Uma bomba peristáltica foi conectada ao dois erlenmeyers, para transferir a solução contida neles para o anodo da CCM. Já no catodo, houve transferência de água mineral através, também, de uma bomba peristáltica. O efluente do anodo era encaminhado para o erlenmeyer B, podendo ser reutilizados posteriormente durante o decorrer do experimento; já o efluente do catodo era descartado. ANÁLISE DO POTENCIAL ELÉTRICO: Para a medição do potencial, foi utilizado um multímetro Agilent U1252A, que foi conectado em paralelo a um circuito externo conectado a um resistor de 153Ω. Através da Lei de Ohm (Figura 2.a), onde V é o potencial, R é a resistência e i é a corrente resultante, determina-se a corrente gerada. Entretanto, como a o potencial foi medido em mV, utilizou-se a equação disposta em Figura 2.b para determinar a corrente (mA). Para determinar a potência, utilizou-se a equação da Figura 2.c. Com a potencia foi possível determinar a energia gerada pelo sistema (Figura 2.d).

Resultado e discussão

A CCM gerou durante 9 horas e 30 minutos, 1.925,944µW. Essa carga seria suficiente para ligar um multímetro por pelo ao menos 5 minutos. Comparando-se a corrente elétrica gerada pela CCM (2,32mA) a de outras CCMs já descritas na literatura, como a Rabeey e Verstraete em 2005, (0,04mA), que utiliza lactose como substrato, mostra-se que essa opção de CCM é um caminho promissor para a produção de energia elétrica uma vez que a corrente e o potencial são diretamente proporcionais de acordo com a Lei de Ohm.

Composição: Câmara termostatizada (1), MFC (2), erlenmeyer A (3), erlenmeyer B (4), bombas peristálticas (5, 7), béquer com água (6) e multímetro (8).


2.a) Lei de Ohm. 2.b) Determinação da corrente em mA. 2.c) Determinação da potencia em µW. 2.d) Determinação da energia em µW-h.

Conclusões

Levando-se em consideração esses aspectos, a CCM proposta demonstra-se como uma promissora tecnologia para sanar problemas relativos ao destino de óleos de fritura gerando, simultaneamente, energia elétrica. Futuramente, otmizar a produção de energia e aumentar o consumo de óleo frito pela CCM seriam fundamentais para viabilização em âmbito industrial.

Agradecimentos

Agradecemos as instituições UEA, UFAM e FAPEAM pelo apoio técnico-financeiro.

Referências

CARVALHO, T.J.L. Estudo da produção de energia elétrica a partir de uma célula de combustível microbiana. Dissertação de Mestrado (Mestrado Integrado em Engenharia Química). Universidade do Porto, 2010;

JORGE, N.; DAMY, P. C.; CORSINI, M.S.; DEL RÉ, P.V. Medidas oxidativas e compostos polares totais do óleo de soja refinado e da gordura vegetal hidrogenada em frituras. Revista Instituto Adolfo Lutz, 2005;

NELSON, D.L.; COX, M.,M. Lehninger: Princípios de Bioquímica, 5ª ed. São Paulo: Sarvier, 2011;

SAID, S.; PIETRO, R.C.L.R. Enzimas como agentes biotecnológicos. 1ª ed., Ribeirão Preto: Legis Summa, 2004;

SANTOS, V.O. Aproveitamento do óleo de fritura residual para produção de biodiesel em Manaus. Dissertação de Mestrado (Programa de Pós-graduação em Química), Manaus – Universidade Federal do Amazonas, 2011.

TELEKEN, J.T. Modelagem matemática de geração de corrente elétrica em uma célula combustível microbiana inoculada em micro-organismos marinho. Dissertação de Mestrado (Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos), Florianópolis – Universidade Federal de Santa Catarina, SC, 2013.