Producción de electricidad a partir de aguas residuales

industriales utilizando microorganismos

Claudia Etchebehere

Laboratorio Ecología Microbiana

Laboratorio de Electroquímica Fundamental

Dra. E. Teliz, Ing. V. Díaz, I. Pérez, G. Pérez,

Dr. F. Zinola

Laboratorio de Ecología Microbiana

Lic. L. Fuentes, Ing. S. Fadul, Lic. J. Wenzel

Dra. A. Cabezas, Dra. C. Etchebehere

LabMet Universidad de Ghent, Bélgica

Dr. N. Boon, Dr. K. Rabaey

Proyecto FSE ANII 2009-032

Convertir el sistema de tratamiento de aguas residuales en biorefiniería

Objetivo:

• Eliminar la contaminación de las aguas

• Evitar eutrofización de cursos de aguas

• Re-uso de agua

• Bio-refineria (energía)

Tratamiento

primario Fisicoquímico

Remoción de sólidos

Tratamiento

secundario Biológico

Remoción de C

Tratamiento

terciario Biológico o químico

Remoción de N, P, S Agua

tratada

Agua residual

Proceso:

Energía (metano, hidrógeno)

Hidrógeno como energía

• Energía “limpia”

• No produce efecto invernadero

• Produce agua

• Se puede almacenar

• Se puede producir de distintas fuentes renovables

• Versátil

Producción de hidrógeno por fermentación oscura

Se busca inhibir los procesos que consumen hidrógeno y favorecer los que producen hidrógeno

Producción de hidrógeno utilizando suero de queso

Diferente configuración, inóculo, TRH, TRC, carga, etc. Mag. Elena Castelló, Dra. Liliana Borzacconi, BioProA Fac. Ingeniería

Agu

a re

sid

ual

Celdas de combustible

(PEMFC)

Fermentador de hidrógeno

Celdas de combustible microbianas

(MFC)

H2

ELECTRICIDAD

ELECTRICIDAD

Ácidos orgánicos

Objetivos

• ¿Es posible utilizar el bio-hidrógeno en celdas electroquímicas (PEMFC)?

• ¿Es posible utilizar el efluente en celdas microbianas?

Proton Exchange Membrane Fuel Cell

Venenos catalíticos comunes de electrodos de Pt: CO, SOx, NOx, compuestos orgánicos

Lab. Electroquímica, Fac. Ciencias estudia diseño de nuevos catalizadores

Suer

o d

e q

ues

ería

Combustión o celdas de combustible

Fermentador de hidrógeno

H2

Voltametría cíclica en

electrodo de Platino

Laboratorio de

Electroquímica de

Facultad de Ciencias

Análisis de venenos catalíticos presentes en el biogás

Resultados bio-hidrógeno

Voltametría cíclica del biogas adsorbido sobre Pt en 1.0 H2SO4

Adsorción

No reacción en

doble capa

Oxidación a altos

potenciales

Intermediarios

metabólicos

Dos efluentes: suero de queso vinaza Dos microorganismos: Enterobacter Clostrdium Bioreactor

¿Es posible utilizar el efluente en celdas microbianas?

Celda microbiana con cátodo al aire

Materia

orgánica

CO2 + H+

H+ H2O

O2

Ánodo Cátodo

Ω

e-

e-

Estrategia

• Inoculación y alimentación con acetato

• Cambio de alimentación • Suero de queso • Salida de reactor productor de hidrógeno

• Seguimiento del voltaje • Análisis electroquímicos • Análisis microbiológico

Resultados

0

5

10

15

20

25

30

35

40

eficiencia coulómbica

(%)

Potencia máxima

(Watt/m3)

pH final

suero de queso

acetato

efluente salida del reactor

Composición de la comunidad microbiana de los ánodos

Clostridiaceae 36%

Geobacteraceae

29%

Chthoniobacteraceae

18%

o_Bacteroidale

Alteromonadaceae

Other

Nitrosomonadaceae

Acetato

Clostridiaceae 30%

Pseudomonadaceae 14%

Geobacteraceae

10%

Other

Peptostreptococcaceae

Nitrosomonadaceae 8%

Rhodocyclaceae 7%

Deinococcaceae

Catabacteriaceae

Efluente de reactor

Clostridiaceae 70%

Streptococcaceae 13%

Lactobacillaceae

Actinomycetaceae 6%

Veillonellaceae

Suero

Fusobacteriales 52%

Campylobacteraceae 32%

Bradyrhidobiaceae

Pseudomonadaceae 6%

Inóculo

Agu

a re

sid

ual

Celdas de combustible

(PEMFC)

Fermentador de hidrógeno

Celdas de combustible microbianas

(MFC)

H2

ELECTRICIDAD

ELECTRICIDAD

Ácidos orgánicos

Conclusiones

• Es posible utilizar el bio-hidrógeno en celdas electroquímicas (PEMFC)

• Es posible utilizar el efluente en celdas microbianas

Principales aportes del proyecto

• Se desarrolló un trabajo en conjunto entre Microbiología y Electroquímica.

• Se inició una línea nueva de investigación en sistemas bioelectroquímicos.

• Formación de estudiantes de doctorado y maestría.

• Inserción en Uruguay una investigadora jóven.

• Varios trabajos en congresos y se están preparando dos publicaciones.

• Colaboración con investigadores de Latinoamérica y de Europa.

Continuación del trabajo

• Optimización en la producción de hidrógeno por fermentación de aguas residuales (FSE6437).

• Estudio de los microorganismos que transfieren electrones (electroactivos)

• Estudio de otros sistemas bioelectroquímicos

(celdas MEC, celdas de sedimento)

ANII FSE

Lab. de Electroquímica (F. Zinola, E. Teliz, V. Díaz, G. Pérez, I. Pérez)

Lab. Ecología Microbiana

Laura Fuentes (Tesis de Maestria en Biotecnologia)

Silvana Fadul (Tesis Maestria en Biotec.)

Jorge Wenzel (Tesis de Maestría y doctorado en Química)

Ángela Cabezas

LabMet Universidad de Ghent, Bélgica

Dr. N. Boon, Dr. K. Rabaey

Agradecimientos

Reactores de producción de hidrógeno BioProA, IIQ, Facultad de Ingeniería

Mag. Elena Castelló

Dra. Liliana Borzacconi

Gracias