Evaluación de grafeno y magnetita como membranas de intercambio de electrones en celdas de combustible microbianas con sustratos orgánicos para producir bioelectricidad

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Alex Guambo Galarza

Resumen

En la actualidad los desafíos más importantes del desarrollo energético, es la incorporación de fuentes renovables de energía usando diversas tecnologías, de estos sistemas incluyen diferentes alternativas como es la generación de energía a partir de biomasa. Una forma de estos sistemas de biorreactores electroquímicos catalizados por microorganismos para la generación de formas energéticas usando biomasa como sustrato son las celdas de combustible microbianas (CCMs), que de acuerdo con sus características estructurales producen bioelectricidad conforme se degrada cierto requerimiento nutricional considerado como un contaminante potencial. Sin embargo, los bajos niveles de voltaje y densidad de potencia generados por una CCM limitan su aplicabilidad a gran escala. Esta investigación tiene como objetivo evaluar el grafeno y magnetita como membranas de intercambio de electrones para mejorar la estabilidad de voltaje y eficiencia en la generación de bioelectricidad, utilizando como inóculo suelo de páramo alto andino del Cantón Colta, mediante un sistema de tres conglomerados para obtener una muestra compuesta, de la cual fueron analizadas sus características físico-químicas. El sustrato empleado fue una mezcla 50:50 de frutas (naranja: Citrus sinensis, banano: Musa acuminata L.  y manzana: Pyrus malus L.) y vegetales (arveja: Pisum sativum L., haba: Vicia faba L., zapallo: Cucurbita máxima Duchesne) en estado de descomposición; se analizó su contenido de Carbono, Nitrógeno, Hidrógeno y Azufre. La membrana de grafeno se obtuvo mediante exfoliación directa de óxido de grafito, previamente tratado en baño ultrasónico, sobre un tejido de fibra de carbono, mientras que la magnetita se sintetizó a partir de cloruro férrico y cloruro ferroso. El voltaje generado por las Celdas fue monitoreado durante quince días consecutivos, posteriormente se estimó la eficiencia de los materiales usados como membranas a través de una comparación de densidad de potencia y la degradación de su contenido. El voltaje promedio obtenido por celdas con grafeno fue 131mV, su densidad de potencia de 9,17mW/m2 y una degradación del sustrato de 8.60%  (N), 35.29%  (C), 24.49% (H) y 12,16% (S), mientras que celdas con magnetita consiguieron una degradación de 6.44% (N), 24.05% (C), 19.02% (H) y 11,35% (S) , un voltaje de 14mV y una densidad de potencia de 0,22 mW/m2 concluyendo que la membrana de grafeno tiene mayor rendimiento puesto que logró una  densidad de potencia 42 veces mayor en relación a la magnetita.

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Cómo citar
Guambo Galarza, A. (2021). Evaluación de grafeno y magnetita como membranas de intercambio de electrones en celdas de combustible microbianas con sustratos orgánicos para producir bioelectricidad. ACI Avances En Ciencias E Ingenierías, 13(1), 24. https://doi.org/10.18272/aci.v13i1.1942
Sección
SECCIÓN C: INGENIERÍAS

Citas

Logroño, W., Guambo, A., Pérez, M., Kadier, A., & Recalde, C. (2016). A terrestrial single chamber microbial fuel cell-based biosensor for biochemical oxygen demand of synthetic ricewashed wastewater. Sensors (Switzerland), 16(1). https://doi.org/10.3390/s16010101

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