Desenvolvimento de sistema integrado de degradação de resíduos e geração de energia

ISBN 978-85-85905-10-1

Área

Ambiental

Autores

Peiter, A. (UNIOESTE) ; Lindino, C.A. (UNIOESTE)

Resumo

Em função da demanda por processos que minimizem os impactos ambientais gerados por resíduos, sistemas eficientes que possibilitem a degradação desses compostos e permitam sua utilização como fonte alternativa para geração de energia renovável são cada vez mais requeridos. Nesse contexto, o presente trabalho apresenta uma alternativa de desenvolvimento de um sistema integrado para remediação de ambientes contaminados com geração simultânea de energia elétrica. Os resultados mostraram que a geração de corrente em uma área de 6,894 cm² foi de 193,37 µA na degradação do hidrogenoftalato de potássio.

Palavras chaves

Sustentabilidade; Eletrodos; Fotocatalise

Introdução

Uma das questões mais discutidas da sociedade moderna é a demanda por processos que venham a remediar a contaminação ambiental. A inovação tecnológica e o descaso em relação ao meio ambiente desencadearam a necessidade de instituir novas técnicas que minimizem os impactos ambientais e que incluam fontes alternativas de geração de energia em substituição aos processos convencionais. Com o crescimento econômico e o desenvolvimento social acelerado, resíduos são gerados em grande escala e dispostos de forma incorreta, causando grave poluição ambiental (LI et al, 2013). Em contrapartida, resíduos contendo compostos orgânicos em níveis elevados têm atraído grande interesse mundial, pois podem ser caracterizados como fontes disponíveis de energia (LI et al, 2013). A importância de se buscar sistemas sustentáveis que degradem compostos orgânicos em produtos não perigosos e gerem a energia elétrica a partir da energia química dos compostos orgânicos é altamente desejável. Segundo Liu et al (p. 10314, 2011) “esses sistemas podem conseguir um duplo benefício: degradação de poluentes orgânicos e recuperação de energia”. Este trabalho teve como objetivo geral estudar a montagem de um sistema para remediação de ambientes contaminados com geração simultânea de energia elétrica. Em consonância com o objetivo geral, os objetivos específicos foram selecionar, caracterizar e testar materiais de baixo custo e alta eficiência na montagem do sistema, como placas de cobre e de aço inoxidável para degradar resíduos danosos ao meio ambiente e promover a geração energética por via do sistema de degradação.

Material e métodos

Uma placa de cobre com pureza de 99% foi preparada lixando-se sua área superficial com lixa P 240 e lavando-a em seguida com água destilada. Posteriormente, uma área de 6,894 cm² foi mergulhada em solução de hidróxido de sódio 10 mol L^-1 e persulfato de amônio 1,0 mol L^-1 durante uma hora. Após, lavou-se com água destilada e aqueceu-se em forno mufla a 450 ºC por 3 horas para a obtenção do óxido de cobre. Por meio do método amperométrico, utilizando eletrodo de Ag/AgCl/KCl saturado como referência, uma placa de aço inoxidável 304 como contra eletrodo e a placa de cobre contendo o óxido de cobre como eletrodo de trabalho, a variação da corrente elétrica versus tempo foi medida em solução de hidrogenoftalato de potássio na concentração de 300 mg L^-1 na ausência e na presença de radiação ultravioleta (lâmpada de mercúrio de 80 W). A degradação da solução de hidrogenoftalato de potássio no sistema foi acompanhada por espectrofotometria na região do UV-visível.

Resultado e discussão

A Figura 1 mostra a variação de corrente versus tempo na ausência e na presença de radiação ultravioleta. Os resultados mostram um valor médio de corrente de -6,71 µA na ausência de luz e um valor médio de -177,24 µA na presença de luz ultravioleta, significando um aumento de mais de 2.640% na corrente obtida. O tempo médio de resposta do sistema na presença e ausência de luz é de 1,41 s. A densidade de corrente média do sistema foi de 28,05 µA cm^-2 ou 2,805 mA m^-2, descontando-se a corrente residual inicial no escuro. A degradação do hidrogenoftalato, uma molécula relativamente estável à fotólise, foi de 3,92% para quatro horas de irradiação. O sistema está sendo otimizado para melhorar a eficiência de remoção de matéria orgânica e aplicação na degradação de agrotóxicos, mas a geração de corrente elétrica foi satisfatória. A ampliação da área de trabalho do eletrodo permite o aumento na corrente elétrica gerada e, consequentemente, no auxílio energético nos sistemas de tratamento de efluentes.

Curva amperométrica da resposta do sistema integrado. A região a indica a ausência de luz e a região b indica a presença de luz ultravioleta.

Conclusões

O sistema Cu/Cu2O-Aço permite gerar corrente elétrica a partir do processo fotocatalítico de degradação de substâncias, com eficiência e uso de materiais de baixo custo, representando uma simbiose no modelo sustentável, pela remediação de áreas contaminadas e suprimindo parte das necessidades energéticas.

Agradecimentos

Ao Programa de Mestrado em Ciências Ambientais, ao GIPeFEA e ao LEQAL.

Referências

LI, J.; LI J.; CHEN, Q.; BAI, J.; ZHOU B. Converting hazardous organics into clean energy using a solarresponsive dual photoelectrode photocatalytic fuel cell. Journal of Hazardous Materials, nº 262, 304-310, 2013.
LIU,Y.; LI, J.; ZHOU, B.; CHEN, H.; WANG, Z.; CAI, W. A TiO2-nanotube-array-based photocatalytic fuel cell using refractory organic compounds as substrates for electricity generation. Chem. Commun., nº 47, 10314-10316, 2011.