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Universidade Federal de Santa catarina (UFSC)
Programa de Pós-graduação em Engenharia, Gestão e Mídia do Conhecimento (PPGEGC)
Detalhes do Documento Analisado

Centro: Tecnológico

Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos

Dimensão Institucional: Pós-Graduação

Dimensão ODS: Econômica

Tipo do Documento: Dissertação

Título: MODELAGEM MATEMÁTICA DA GERAÇÃO DE CORRENTE ELÉTRICA EM UMA CÉLULA COMBUSTÍVEL MICROBIANA INOCULADA COM MICRO-ORGANISMOS MARINHOS.

Orientador
  • BRUNO AUGUSTO MATTAR CARCIOFI
Aluno
  • JHONY TIAGO TELEKEN

Conteúdo

Resumo células combustíveis microbianas (ccm) são dispositivos eletroquímicos que exploram a habilidade de algumas espécies de micro-organismos utilizarem eletrodos como aceptores finais de elétrons em seu metabolismo. a ccm opera de modo semelhante a uma célula combustível química, na qual a eletricidade é proveniente de uma reação de oxirredução, entretanto, no sistema biológico a reação é catalisada por micro-organismos. o interesse nesta tecnologia está associado à possibilidade de empregar diferentes compostos, inclusive efluentes domésticos e industriais, na geração de energia elétrica. embora a ccm seja considerada uma tecnologia promissora a sua aplicação ainda é inviável devido às baixas densidades de correntes elétricas obtidas. neste contexto, a modelagem matemática pode auxiliar na investigação e compreensão dos fenômenos envolvidos e consequentemente contribuir para o aprimoramento destes sistemas. assim o objetivo deste trabalho foi modelar a cinética de geração de corrente elétrica de uma célula combustível microbiana inoculada com micro-organismos marinhos. para tal fim foi empregado um modelo matemático composto por um sistema de equações diferenciais, no qual o metabolismo microbiano foi descrito pela relação de nerns-monod e o mecanismo de transferência de elétrons extracelular (tee) de acordo com a lei de ohm. os dados experimentais foram obtidos em uma ccm de dois compartimentos, um ânodo e um cátodo, separados por uma membrana catiônica. o ânodo foi inoculado com sedimento de origem marinha em condições de anaerobiose e alimentado com acetato, enquanto que, o cátodo foi alimentado com ferrocianeto de potássio. em ambos os compartimentos foram empregadas placas de grafite como eletrodos, as quais estavam conectadas externamente por uma resistência elétrica. durante a operação do sistema, o compartimento do ânodo foi operado alternadamente pelos regimes de batelada sequencial e contínuo. os resultados ilustram que em menos de quatro dias de operação a geração de corrente elétrica já havia atingido um valor estável, comprovando a capacidade exoeletrogênica das comunidades de micro-organismos presentes no sedimento marinho. observou-se que estes micro-organismos desenvolviam-se preferencialmente aderidos a superfície dos eletrodos na forma de um biofilme e que utilizavam um mecanismo direto de transferência eletrônica extracelular (nanofios ou citocromos) para estabelecer o contato elétrico com o eletrodo. de maneira geral a modelagem matemática da cinética de geração de corrente elétrica foi possível, sendo que o modelo apresentou a capacidade de descrever os resultados, de corrente em função do potencial elétrico, obtidos nas análises de voltametria cíclica nos diferentes dias de operação do reator. o modelo forneceu valores de parâmetros com significado físico e biológico o que possibilitou investigar o papel da condutividade do biofilme na geração da corrente elétrica e também o efeito das condições operacionais sobre a geração de corrente. as simulações das curvas de polarização foram pouco exatas, contudo, constatou-se que os resultados apresentavam o mesmo comportamento e ordem de grandeza dos dados experimentais. a incorporação de novas resistências elétricas no modelo pode contribuir para a melhora nas predições e este é um desafio ainda a ser vencido. palavras-chave: célula combustível microbiana, sedimento marinho, cinética de geração de corrente elétrica.

Pós-processamento: Índice de Shannon: 3.9857

ODS 1 ODS 2 ODS 3 ODS 4 ODS 5 ODS 6 ODS 7 ODS 8 ODS 9 ODS 10 ODS 11 ODS 12 ODS 13 ODS 14 ODS 15 ODS 16
4,99% 5,93% 7,42% 6,27% 6,46% 5,30% 6,05% 7,66% 7,62% 5,35% 7,49% 5,44% 6,23% 6,54% 5,04% 6,21%
ODS Predominates
ODS 8
ODS 1

4,99%

ODS 2

5,93%

ODS 3

7,42%

ODS 4

6,27%

ODS 5

6,46%

ODS 6

5,30%

ODS 7

6,05%

ODS 8

7,66%

ODS 9

7,62%

ODS 10

5,35%

ODS 11

7,49%

ODS 12

5,44%

ODS 13

6,23%

ODS 14

6,54%

ODS 15

5,04%

ODS 16

6,21%