Dentro de uma célula de combustível microbiana...

Mais uns pormenores para quem estiver interessado no incrível mundo das pilhas microbianas...

Mecanismos para a transferência de electrões para o ânodo em células de combustível

Os pontos vermelhos representam a superfície exterior dos citocromas, as linhas pretas os nanofios, enquanto que as nuvens azuis são a possível matriz extracelular, a qual contém citocromas do tipo-c, conferindo condutividade ao sistema. Adaptado de Derek R. Lovley (2008)

Modelo de transferência de electrões para o ânodo numa célula de combustível microbiana no caso específico de Geobacter sulfurreducens, a partir de NADH derivado da oxidação da matéria orgânica. Derek R. Lovley (2008)

Tal como é apresentado no esquema que se segue, a matéria orgânica complexa é hidrolizada em diversos constituintes que, na maioria dos casos, são inicialmente fermentados. Há, no entanto, microorganismos que são capazes de oxidar completamente tais componentes, servindo-se de um eléctrodo como único aceitador de electrões, bem como de oxidar de forma incompleta estes substratos, recorrendo à transferência de electrões para um eléctrodo. O acetato, ou outros ácidos menores resultantes da fermentação, podem ser completamente oxidados em dióxido de carbono, o que, tipicamente, será a fonte primária de electrões para a produção de corrente. Outra fonte de electrões pode ser o hidrogénio produzido a partir da fermentação. Na imagem que se segue, encontra-se ilustrada, de forma simplificada, a transferência directa de electrões para o ânodo, ainda que por via indirecta este processo também seja possível.

Modelo simplificado da conversão de compostos orgânicos em electricidade. Adaptado de Derek R. Lovley (2008)

Grande potencialidade
Produção de electricidade a partir da fermentação realizada por bactérias

Pilha Microbiana Clássica (MFC - Microbial Fuel Cell)

Quando as bactérias são posicionadas na câmara do ânodo de uma célula de combustível específica, num ambiente anaeróbio, estas ligam-se ao eléctrodo. Uma vez que não possuem oxigénio disponível, transferem os electrões que obtêm por consumo (oxidação) de compostos orgânicos para o eléctrodo. Entretanto, o cátodo está exposto a oxigénio. Aí, os electrões, o oxigénio, bem como os protões combinam-se para formar somente água. Sendo assim, os dois eléctrodos (cátodo e ânodo) possuem uma diferença de potencial de cerca de 0.5V, criando uma bateria biológica se o sistema não for reabastecido, ou uma célula de combustível se se fornecerem continuamente compostos orgânicos à bactéria.

Já há muitos anos se saber que era possível converter matéria orgânica em electricidade através das bactérias, apenas recentemente se descobriu um processo viável de o fazer.

Reactor Microbiano Assistido Bio-electroquímicamente (BEAMR – BioElectrovhemically-Assisted Microbial Reactor)

Diferente das MFC :

-ambiente totalmente anaeróbio;

-inicialmente fornece-se uma pequeníssima tensão, que permite aumentar o potencial electroquímico das bactérias.

Usa cerca de 1/10 da voltagem necessária para que ocorra a electrólise

Não se limita apenas aos compostos carbohidrarados, podendo ser eficaz independentemente da matéria orgânica biodegradável solúvel.