11:19 22 Gennaio 2021
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Le celle a combustione microbica (MFC) generano elettricità attraverso ossidazione di materia organica grazie a speciali microrganismi. Recentemente, le capacità di tali dispositivi sono aumentate in modo significativo e gli scienziati considerano il loro ibrido con sistemi di trattamento delle acque reflue una fonte promettente di energia verde.

Scienziati delle principali università russe hanno parlato a RIA Novosti dell'importanza dell'energia microbica e dei loro risultati in questo settore.

Un certo numero di microrganismi è in grado di nutrirsi in un ambiente privo di ossigeno a causa dell'ossidazione della materia organica, mentre rilascia elettroni nell'ambiente esterno. All'inizio del XX secolo, gli scienziati cercavano di utilizzare tali microrganismi - esoelettrogeni - per la produzione di elettricità, ma fino a poco tempo fa la potenza dell'MFC rimaneva insignificante. Una batteria microbica può funzionare su un'ampia varietà di sostanze organiche, comprese le acque reflue o i rifiuti industriali.

La ricerca della configurazione ottimale dell'MFC, come hanno spiegato gli scienziati, è un compito difficile che richiede modelli matematici che tengano conto del materiale dell'elettrodo, della concentrazione e della velocità di alimentazione del substrato organico, del pH del substrato, della geometria del sistema e di altri fattori.

"Abbiamo creato un modello MFC completo che supera in dettaglio gli analoghi, in cui abbiamo tenuto contemporaneamente conto della crescita della popolazione microbica, del tasso di consumo e formazione di sostanze organiche ossidabili, dell'elettromigrazione dei protoni tra gli elettrodi, della diffusione dei componenti organici e della cinetica delle reazioni elettrochimiche. Utilizzando il modello, abbiamo calcolato nuove regolarità fondamentali del sistema e ottimizzato una delle caratteristiche chiave - la concentrazione del substrato organico”, - ha affermato la Professoressa Associata dell'Università russa di Tecnologia Chimica Mendeleva, Violetta Vasilenko.

Il substrato nelle batterie è una soluzione di glucosio in una miscela di sali e la fonte di microrganismi è fango attivo utilizzato per il trattamento delle acque reflue. I risultati della ricerca degli scienziati dell'Università tecnica chimica russa intitolata a Mendeleev sono stati pubblicati sulla rivista Energies.

Sulla base dei risultati degli esperimenti, gli scienziati hanno raffinato i valori dei parametri numerici inclusi nel modello e quindi hanno calcolato la concentrazione ottimale di glucosio nella soluzione nutritiva. Allo stesso modo, utilizzando il modello proposto, altri parametri chiave dell'MFC possono essere ottimizzati, hanno osservato gli scienziati.

Secondo un importante ricercatore presso la Facoltà di Chimica dell’Università statale di Mosca Lomonosov, Anatoly Antipov, sullo sfondo di una crescita costante del consumo di elettricità, la domanda di vari generatori elettrici basati su materie prime organiche rinnovabili è in costante aumento.

"Il funzionamento dell'MFC è determinato da un intero insieme di fattori complessi, che vanno dalle peculiarità dell'evoluzione dell'ambiente batterico alla cinetica delle reazioni elettrodiche. Per questo motivo, l'ottimizzazione sperimentale dell'MFC diventa spesso un compito estremamente voluminoso. Il modello creato dai colleghi dell'RCTU aiuta a selezionare i parametri chiave sulla base di previsioni matematiche, riducendo così in modo significativo il volume degli esperimenti", - ha detto Anatoly Antipov.

Lo studio è stato condotto dal personale del Dipartimento di Information Computer Technologies e del Dipartimento di Biotecnologie dell'Università russa di tecnologia chimica intitolata a Mendeleev, insieme ai ricercatori dell'I.Ph. UN. Frumkin e l'Università di Genova. In futuro, gli scienziati della dell'Università tecnica chimica russa Mendeleev prevedono di utilizzare il nuovo modello per sviluppare un sistema ibrido per il trattamento delle acque reflue con generazione di energia sincrona.

La Mendeleeva è un'università fondamentale dell'industria chimica in Russia e leader tra le università di ingegneria chimica. Il lavoro dell'università è finalizzato sia alla creazione di nuove tecnologie sia alla loro introduzione nell'industria: la ricerca avanzata e la formazione di giovani specialisti è svolta da 40 dipartimenti e 20 laboratori, a disposizione dell'università sono impianti di produzione pilota e sperimentale, un tecnoparco e un centro di innovazione e tecnologia.

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