image: Soil microbial fuel cells as designed by researchers at the University of Bath view more
Credit: University of Bath
Engenheiros da Universidade de Bath, no Reino Unido, mostraram que é possível capturar e usar energia criada por reações naturais ocorridas em microrganismos de dentro do solo.
Uma equipe de engenheiros químicos e elétricos demonstrou o potencial que "células de combustível microbiológico do solo (CCMS)" possuem de gerar, de forma simples e barata, a energia necessária para ligar um reator eletroquímico que purifica água.
O desenho da chamada prova de conceito (termo usado para o modelo prático que possa provar o conceito estabelecido por uma pesquisa) foi demonstrado durante testes de campo na região Nordeste do Brasil, em 2019, e mostrou que as CCMS são capazes de purificar cerca de 3 litros de água por dia - suficiente para cobrir a necessidade diária de água de uma pessoa.
O projeto é uma colaboração com uma equipe de geógrafos da Universidade Federal do Ceará (UFC) e uma equipe de químicos da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN). Os testes foram feitos em Icapuí, uma vila de pescadores localizada em uma remota área semiárida, onde a principal fonte de água para beber são mananciais abastecidos com água da chuva, e o acesso a uma rede de energia confiável é escasso.
A água da chuva deve passar por um processo de filtração e cloração (adição de cloro) para que seja potável para consumo. Além de causar mau gosto e odor, o processo não controlado de adição de cloro é perigoso à saúde humana, portanto, métodos para tratamento de água são essenciais.
Células de combustível microbiológico do solo surgem para trabalhar em campo
CCMS geram energia da atividade metabólica de microrganismos específicos (eletrogêneos) naturalmente presentes no solo, os quais são capazes de transferir elétrons para fora de suas células.
O sistema, desenvolvido pelo Departamento de Engenharia Química e pelo Departamento de Engenharia Elétrica e Eletrônica da Bath, consiste em dois eletrodos de carbono separados a uma distância fixa de 4 centímetros e conectados a um circuito externo. Um eletrodo, o ânodo, é enterrado no solo, enquanto o outro, o cátodo, é exposto ao ar na superfície do solo.
Eletrogêneos povoam a superfície do ânodo e, enquanto eles "consomem" os componentes orgânicos presentes no solo, eles geram elétrons. Estes elétrons são transferidos para o ânodo e viajam até o cátodo através do circuito externo, gerando assim eletricidade.
Ao construir uma pilha de muitos CCMS e ao conectá-la a uma bateria é possível coletar e estocar energia e usá-la para, posteriormente, ligar um reator eletroquímico para o tratamento de água.
Uma única unidade de CCMS custa apenas algumas libras, o que poderia no futuro ser reduzido com a produção em massa e com o uso de recursos locais para a fabricação do eletrodo.
Solução simples e sustentável para um problema de cloração
A necessidade de purificação sustentável de água na área é proveniente do fato de que a principal fonte de abastecimento de água é a chuva, a qual necessita ser filtrada e adicionada de cloro para que seja potável para consumo humano.
A tecnologia, instalada na Escola de Ensino Fundamental Professora Mizinha, em Icapuí, cria um pequeno volume de energia, capaz de purificar até três litros de água em cerca de um dia. Pesquisas posteriores são necessárias para ampliar a escala de sua capacidade.
A equipe tem buscado refinar o desenho do equipamento e sua eficiência para permitir que uma unidade do equipamento purifique a água necessária por uma família durante um dia. Isso apresenta três desafios: gerar energia suficiente; coletar e armazenar efetivamente essa energia; e tratar eficientemente a água de forma a garantir qualidade e potabilidade.
Coordenadora-geral do projeto, Dr. Mirella Di Lorenzo diz: "Usar a tecnologia de células de combustível microbiológico do solo para tratar as necessidades diárias de consumo de água de uma família já é possível em condições laboratoriais, mas realizar isso fora deste ambiente controlado e com um sistema que requer uma manutenção mínima é muito mais desafiador, e isso anteriormente se mostrava uma barreira para que células de combustível microbiológico fossem consideradas efetivas. Este projeto provou que as CCMS têm verdadeiro potencial como uma fonte de energia sustentável e de baixo consumo."
Ela acrescenta: "Nós estamos abordando o problema da escassez de água e segurança energética no Nordeste brasileiro, que é uma área semiárida. Nós buscamos um meio sustentável de tratar a água de forma eficaz e de torná-la potável. A chuva é a principal fonte de água para consumo humano na área, mas essa água não é esterilizada - nossa abordagem neste trabalho aponta para uma maneira na qual possamos resolver este problema."
"Outro elemento importante de nosso projeto é a educação para tecnologias sustentáveis. O trabalho de campo foi conduzido junto a alunos e professores de educação básica. Eles foram treinados nos princípios de funcionamento do sistema, em sua instalação e manutenção".
Durante o trabalho de campo, realizado em 2019, um sistema do tipo foi instalado na escola primária, onde ele foi testado para assegurar que pudesse replicar resultados previamente vistos em laboratório.
Coordenadora do projeto no Brasil, Dr. Adryane Gorayeb, da Universidade Federal do Ceará, afirma: "A aplicação da tecnologia e as ações educativas do projeto foram transformadoras para os alunos, que ampliaram suas visões de mundo".
"Os alunos ajudaram na construção das células de combustível microbiológico do solo e aprenderam a manusear os aparelhos. Eles também participaram de oficinas sobre conscientização ambiental, baseadas nos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável da Organização das Nações Unidas (ONU)".
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O projeto, financiado com recursos da Research England, através do Global Challenges Research Fund (GCRF), e do governo brasileiro, por meio do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), teve recursos garantidos para a continuidade das pesquisas, agora com foco no melhoramento do desenho e da eficiência das células de combustível.
Notas
Imagens disponíveis em: Dropbox link
Vídeo disponível em:
Para mais informações e para solicitar entrevistas, entrar em contato com Will McManus na sala de imprensa da Universidade de Bath: wem25@bath.ac.uk ou +44 (0) 1225 385 798.
A Universidade de Bath
A Universidade de Bath é uma das universidades líderes do Reino Unido tanto em termos de pesquisa como em reputação pela excelência no ensino, na aprendizagem e em perspectivas para seus formandos.
A Universidade está ranqueada no Gold in the Teaching Excellence Framework (TEF), avaliação governamental de qualidade de ensino nas universidade, o que significa que seu ensino é de alta qualidade no Reino Unido.
Na avaliação Research Excellence Framework (REF) 2014, 87% de nossas pesquisas foram definidas como de 'liderança mundial' ou de 'excelência internacional'. Do desenvolvimento de carros com eficiência de combustível do futuro à identificação de doenças infecciosas de forma mais rápida, ou trabalhando para melhorar as vidas de agricultoras na África Ocidental, a pesquisa feita em Bath está fazendo a diferença ao redor do mundo. Saiba mais em: http://www.bath.ac.uk/research/
Bem estabelecida como um ambiente acolhedor para mentes empreendedoras, Bath é uma universidade top 10 em todos os rankings de classificação. Nós estamos posicionados em 6º lugar no Reino Unido pelo The Guardian University Guide 2021, 9º pelo The Times & Sunday Times Good University Guide 2021, e 9º entre 131 universidades do Reino Unido no Complete University Guide 2021.
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