Optimización y diseño de celdas de combustible microbianas de doble compartimento alimentadas con biomasa algal

Abstract

El presente trabajo forma parte de un programa de investigación relacionado con la generación de bioenergía mediante el diseño, optimización y uso de Celdas de Combustible Microbiológicas (CCMs) que se ha realizado en el Departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Castilla-La Mancha (UCLM). El trabajo ha sido financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad (MINECO) dentro del marco del proyecto EXPLORA "SunLivingEnergy" (ref. CTQ2013-49748-EXP). El incremento progresivo de la población mundial está provocando un aumento exponencial de la concentración de gases de efecto invernadero que contribuye a la aceleración del cambio climático. Dicha situación hace necesaria la investigación de nuevas tecnologías sostenibles y verdes para la generación de energía aprovechable para aplicaciones prácticas que contrarresten paultinamente los efectos generados en el uso de los combustibles fósiles. Las CCMs son dispositivos electroquímicos que son capaces de depurar aguas residuales y generar simultaneamente bioenergía por la acción de microorganismos electroactivos. Por tanto, el estudio y optimización de estos bio-dispositivos para maximizar la capacidad de tratamiento de agua residual y para aumentar la generación de energía eléctrica puede aportar un cambio de paradigma del sistema eléctrico mundial. En el presente trabajo se han estudiado y analizado el efecto de los distintos componentes que conforman la arquitectura de estos sistemas (membranas, materiales para su uso como ánodo, materiales para su uso como cátodo, etc) y de distintos parámetros de operación (efecto del tiempo hidraúlico, naturaleza del combustible, carga orgánica de alimentación, etc) para alcanzar un conocimiento pormenorizado del efecto de dichas variables en la generación de energía y depuración de agua residual. Finalmente, el presente trabajo permite demostrar que es posible la transformación de energía solar en energía eléctrica mediante procesos bioelectrogénicos combinando tecnologías de producción de algas con procesos de generación de electricidad basados en las presentes CCMs, observándose como se puede obtener energía aprovechable alimentando dichos dispositivos con biomasa algal generada de forma continua en biorreactores. Una vez optimizado los sistemas se procedió al escalado de las celdas para forzar el incremento de la generación de energía sensible a ser utilizada para finalidades prácticas con el objetivo de validar esta tecnología electroquímica para la generación de energía limpia.