Desenvolvimento de um protótipo funcional de célula de eletrólise microbiana para a produção de hidrogênio a partir de águas residuárias

Abstract

O agravamento das mudanças climáticas e da escassez de recursos hídricos impacta, com maior intensidade, as regiões do Semiárido, correspondentes à 95% dos municípios cearenses. Neste contexto, as Tecnologias Bioeletroquímicas emergem como alternativas para produção de efluentes inofensivos e para a geração de produtos de alto valor em Estações de Tratamento de Esgoto (ETEs). Sob essa ótica, a Eletrólise Microbiana é uma tecnologia recente que, por meio da digestão anaeróbia promovida por bactérias exoeletrogênicas, oxida a matéria orgânica presente em substratos, produzindo prótons (H+) e elétrons (e−), que são associados para a produção do gás Hidrogênio. Nessa conjuntura, este trabalho objetiva o desenvolvimento de protótipos funcionais de Célula de Eletrólise Microbiana (MEC, do inglês Microbial Electrolysis Cell) destinado à produção de Hidrogênio Verde por meio de águas residuárias. Em primeira análise, foi realizada uma Revisão Bibliográfica Sistematizada, que identificou um elevado interesse científico nesta tecnologia, no entanto, ficou evidente a ausência de projetos em clima tropical, ao passo em que foram verificados indícios de que esses microrganismos predominam em regiões com temperatura próxima aos 30 ºC. Em seguida, são descritos os procedimentos adotados para a materialização do protótipo, incluindo o uso de Manufatura Aditiva, bem como os critérios para aquisição e adaptação dos eletrodos e da membrana, além da descrição da instrumentação. Ademais, foram produzidos substratos com carga orgânica que reflete as características das águas residuárias produzidas no Estado do Ceará, com Demanda Química de Oxigênio (DQO) estimadas de aproximadamente 800 mg/L. Realizou-se, ainda, a inoculação de consórcios de bactérias exoeletrogênicas oriundas de sedimentos de manguezais, especificamente no Mangue da Sabiaguaba, em Fortaleza. A partir disso, o protótipo foi submetido a Ensaios de Tensão, obtendo a validação do fenômeno da Eletrólise Microbiana a partir dos 1,25 V. Com isso, os protótipos atingiram valores de produção de Hidrogênio de eficiência de remoção de DQO de até 70,36 % para esgoto sintético, enquanto, para ácido acético, variou entre 10 % e 42 %. Além disso, o pico de produção de Hidrogênio foi de 45,56 mL/L.dia a 1,75 V com acetato e 5,68 mL/L.dia com esgoto sintético. A maior eficiência energética foi de 15,54 % a 1,5 V com acetato e 1,05 % a 1,75 V com esgoto. Por fim, esses resultados permitem visualizar a integração dessa tecnologi