Pesquisadores Infundem Bactérias com Prata para Aumentar a Eficiência Energética em Células de Combustível
Uma equipa de engenheiros e químicos liderados pela UCLA teve um avanço significativo no desenvolvimento de células a combustível microbianas — uma tecnologia moderna que usa bactérias naturais para remover eletrões da matéria orgânica em águas residuais para produzir correntes elétricas. A pesquisa detalhando a inovação foi recentemente lançada na Science .
“Sistemas vivos de recuperação de energia usando microorganismos que habitam águas residuais oferecem um golpe duplo para os esforços de sustentabilidade ambiental”, afirmou o co-autor correspondente Yu Huang, professor e também presidente do Departamento de Pesquisa Científica de Materiais e Engenharia do UCLA Samueli College of Engenharia. “As populações naturais de bactérias podem ajudar a descontaminar as águas subterrâneas, decompondo compostos químicos prejudiciais. Agora, o nosso estudo de pesquisa também mostra um método prático para garantir a energia renovável desse processo”.
A equipa se concentrou no género de bactéria Shewanella, que foi amplamente estudado por sua capacidade de geração de energia. Independentemente dos níveis de oxigénio, eles podem se expandir e prosperar em todos os ambientes, incluindo sujeira, água residual e água salgada.
As espécies de Shewanella decompõem naturalmente os excrementos naturais em moléculas menores, com eletrões resultantes do processo metabólico. Quando as bactérias se desenvolvem como filmes em elétrodos, alguns eletrões podem ser registrados, formando uma célula a combustível microbiana que gera eletricidade.
No entanto, células de combustível microbianas alimentadas por Shewanella oneidensis, anteriormente, não capturavam correntes suficientes da bactéria para tornar a tecnologia sensível para uso industrial. Poucos eletrões poderiam se mover rápido o suficiente para deixar as membranas da bactéria e entrar nos elétrodos para fornecer energia e correntes elétricas suficientes.
Para resolver esse problema, os pesquisadores incluíram nanopartículas de prata em elétrodos feitos de um tipo de óxido de grafeno. As nanopartículas lançam iões de prata, que as bactérias reduzem a nanopartículas de prata utilizando eletrões produzidos a partir do seu processo metabólico e depois os incluem diretamente nas suas células. Quando na bactéria, os fragmentos de prata atuam como cabos microscópicos de transmissão, captando ainda mais eletrões gerados pela bactéria.
“Adicionar as nanopartículas de prata diretamente às bactérias é como produzir uma via expressa especializada para eletrões, que nos permite extrair ainda mais eletrões e em taxas mais rápidas”, disse Xiangfeng Duan, outro autor correspondente da pesquisa e professor de química e bioquímica na UCLA.
Com eficiência de transporte de eletrões significativamente aprimorada, o filme Shewanella infundido com prata resultante produz mais de 80% dos eletrões metabólicos para um circuito externo, produzindo potência de 0,66 miliwatts por centímetro quadrado — mais do que o dobro do melhor anterior para células a combustível de base microbiana.
Com a corrente aumentada e melhores eficiências, o estudo de pesquisa, que o Workplace of Naval Study apoiou, revelou que as células de combustível alimentadas por bactérias híbridas de prata-Shewanella podem liderar o caminho para resultados de energia aceitáveis em configurações práticas.
Originalmente publicado em Scitechdaily.com . Leia o artigo original.
Referência: Nanopartículas de prata aumentam a eficiência de extração de carga em células a combustível microbianas de Shewanella, Science (2021). DOI: 10.1126 / science.abf3427
