Albert Guisasola (UAB) - SISTEMES BIOELECTROQUÍMICS, UN LÍNIA DE RECERCA PER A PENSAR
-
Upload
xrbiotech -
Category
Health & Medicine
-
view
462 -
download
0
Transcript of Albert Guisasola (UAB) - SISTEMES BIOELECTROQUÍMICS, UN LÍNIA DE RECERCA PER A PENSAR
sistemes bioelectroquímics,
un línia de recerca per a pensar
albert guisasola i canudas 13 juliol 2012
la fi dels combustibles fòssils
• el consum de combustibles fòssils té vessants negatives
– l'escalfament global,
– l'escassetat del cru i la seva distribució desigual en el món
– el preu del cru està subjecte a grans fluctuacions impredictibles
• es preveu que la producció de petroli es compliqui
– l'esgotament de les reserves de petroli de fàcil extracció,
– el ràpid augment de la demanda dels nous països industrialitzats
– la falta d'inversió en el desenvolupament de noves produccions.
Sistemes bioelectroquímics. UAB. Albert Guisasola i Canudas 13/07/2012
l’inici de les energies renovables
• Les energies renovables són aposta estratègica de futur
– són netes, es restitueixen gratuïtament i, poden ser part de la solució al problema energètic actual.
– en el 1997 (protocol de Kyoto) més de 160 països es comprometien a reduir les seves emissions en un 5% respecte els valors de 1990 abans del 2012.
– La comunitat europea el 2007, es va comprometre a un 20% d’utilització d’energies renovables per al 2020.
• A Catalunya el consum total d’energies renovables és relativament baix
– El Pla de l’Energia a Catalunya 2005-2015 proposa estratègies i accions per tal que la participació de les energies renovables en el balanç d’energia primària passi del 3,6% de l’any 2003 a l’11,0% de l’any 2015.
Sistemes bioelectroquímics. UAB. Albert Guisasola i Canudas 13/07/2012
les aigües residuals
• D’energies renovables n’hi ha moltes (solar, eòlica, hidràulica) ... però una de les menys desenvolupades i, per tant, amb un marge
de millora més important és la valorització energètica dels nostres
residus
– tractar eficientment els residus generats i obtenint energia sostenible a partir de fonts renovables.
• A Catalunya produïm diàriament al voltant de 2 milions de m3
d’aigua residual amb una concentració d’uns 0.35 g/L de matèria
biodegradable.
– Això significa gairebé 700 tones diàries de matèria orgànica que no tan sols
es desaprofita sinó que, a més a més, hem de tractar.
Sistemes bioelectroquímics. UAB. Albert Guisasola i Canudas 13/07/2012
pensar
sistemes bioelectroquímics, un línia de recerca per a pensar
Sistemes bioelectroquímics. UAB. Albert Guisasola i Canudas 13/07/2012
pensar
sistemes bioelectroquímics, un línia de recerca per a pensar
produir energia sostenible a partir d’aigües residuals
demostrar la viabilitat de diverses estratègies d’operacióinnovadores que optimitzin el funcionament d’aquests sistemes
bioelectroquímics per a convertir-los en una tecnologia fiable i,
sobretot, per a escurçar els terminis de la seva aplicacióindustrial.
Sistemes bioelectroquímics. UAB. Albert Guisasola i Canudas 13/07/2012
organic matter
O2 + 4H+ + 4e- -> 2H2O
H2OO2
e-
e-
e-
e-
energy to
the cell
electron donor
electron acceptor
els bacteris exoelectrògens
Sistemes bioelectroquímics. UAB. Albert Guisasola i Canudas 13/07/2012
organic matter
NO3- + 6H+ + 5e- -> 1/2N2+3H2O
N2NO3-
e-
e-
e-
e-
energy to
the cell
electron donor
electron acceptor
els bacteris exoelectrògens
Sistemes bioelectroquímics. UAB. Albert Guisasola i Canudas 13/07/2012
organic matter
SO42-+ 8H+ +8e- -> S2-+4H2O
S2-
SO42-
e-
e-
e-
e-
energy to
the cell
electron donor
electron acceptor
els bacteris exoelectrògens
Sistemes bioelectroquímics. UAB. Albert Guisasola i Canudas 13/07/2012
organic matter
C6H12O6
e-
e-
e-
e-
energy to
the cell
solid anode
electron donor
acceptor d’electrons
insoluble
Els bacteris exoelectrògens són bacteris
que tenen una característica que els fa
diferents a la resta: són capaços de transferir
electrons a l’exterior de la cèl·lula
els bacteris exoelectrògens
Sistemes bioelectroquímics. UAB. Albert Guisasola i Canudas 13/07/2012
CxHyOz
CO2 +H+
Microbial
oxidation
H2O
O2
Microbial
reduction
H+
Chemical
Reduction
H2O
O2
ΩΩ
Anode Cathode
e-
EANODE < E CATHODE
Proton Exchange Membrane (PEM)
MFC, cel·les microbianes de combustible
Sistemes bioelectroquímics. UAB. Albert Guisasola i Canudas 13/07/2012
CxHyOz
CO2 +H+
Microbial
oxidation
H2O
O2
Microbial
reduction
H+
Chemical
Reduction
H2O
O2
ΩΩ
Anode Cathode
e-
EANODE < E CATHODE
MFC
Així doncs, el resultat final del procés és que es consumeix matèria orgànica i de manera simultània es produeix electricitat.
Sistemes bioelectroquímics. UAB. Albert Guisasola i Canudas 13/07/2012
MFC
Sistemes bioelectroquímics. UAB. Albert Guisasola i Canudas 13/07/2012
CxHyOz
CO2 +H+
Microbial
oxidation
H2O
O2
Microbial
reduction
H+
Chemical
Reduction
H2O
O2
ΩΩ
Anode Cathode
e-
EANODE < E CATHODE
MEC, cel·les electrolítiques microbianes
Sistemes bioelectroquímics. UAB. Albert Guisasola i Canudas 13/07/2012
CxHyOz
CO2 +H+
Microbial
oxidation
H2O
O2
Microbial
reduction
H+
Chemical
Reduction
H2O
O2
ΩΩ
Anode Cathode
e-
EANODE < E CATHODE
MEC
Sistemes bioelectroquímics. UAB. Albert Guisasola i Canudas 13/07/2012
MEC
CxHyOz
CO2 +H+
H2
H+
H2
H+
cathode
MEC
e-EANODO > E CATODO
Microbial
oxidation
Microbial
reduction
Chemical
Reduction
Anode
Sistemes bioelectroquímics. UAB. Albert Guisasola i Canudas 13/07/2012
per què hidrogen?
• L'hidrogen gas pot ajudar a superar la dependència actual dels
combustibles fòssils
• ja que és un transportador d'energia net i renovable sense influència en l'efecte hivernacle durant el procés de generaciód'energia.
• l'hidrogen té un elevat calor de combustió (122 kJ/g) quan es compara amb altres possibles combustibles (metà, 50.1 kJ/g o etanol, 26.5 kJ/g).
• es pot produir des de diferents fonts naturals
• es pot esperar que tingui un preu amb poques fluctuacions en el futur.
Sistemes bioelectroquímics. UAB. Albert Guisasola i Canudas 13/07/2012
MEC per a produir hidrogen
• Proporcionen energia en forma d'hidrogen gas. • Més sostenible que steam reforming a partir d'hidrocarburs• Més eficient que la fermentació fosca (màxim termodinàmic de 4 mol
H2/ mol de glucosa),
• Poca producció de sòlids
• Poden minimitzar la producció d'olors
Sistemes bioelectroquímics. UAB. Albert Guisasola i Canudas 13/07/2012
MFC are devices that use bacteria as the catalyst to
oxidize organic and inorganic matter and generate
current
MEC are devices that use bacteria as the catalyst to
oxidize substrates and produce hydrogen with an
energy input in a sustainable way
MEC vs MFC
MFC MEC
Anode: CH3COO- + 4 H2O →2HCO3- + 9 H+ + 8e-
Cathode : 2 O2 + 8H+ + 8e- → 4H2OTotal : CH3COO- + 2 O2 →2HCO3
- + 1 H+
Anode: CH3COO- + 4 H2O →2HCO3- + 9 H+ + 8e-
Cathode : 8H+ + 8e- → 4H2
Total : CH3COO- + 4 H2O →2HCO3- + 1 H+ + 4H2
∆G = -847.60 kJ/mol, emf = 1.10 V ∆G = 93.14 kJ/mol, emf = -0.12 V
Sistemes bioelectroquímics. UAB. Albert Guisasola i Canudas 13/07/2012
Oportunitats dels sistemes bioelectroquímics
Sistemes bioelectroquímics. UAB. Albert Guisasola i Canudas 13/07/2012
MFC – Obtenir electricitat a partir de residus aquosos
Fer funcionar equips de baix consum elèctric
Aprofitar reaccions metabòliques d’oxidació
Biosensors
MXC – Obtenir productes de manera sostenible i més eficient
Altres oportunitats més trencadores
Microbial Solar Cells, Microbial Plant Cells
Preguntes ?
Gràcies per la vostra atenció
Sistemes bioelectroquímics. UAB. Albert Guisasola i Canudas 13/07/2012
sistemes bioelectroquímics,
un línia de recerca per a pensar
albert guisasola i canudas 13 juliol 2012