Dispositivo produce hidrógeno a partir de aguas residuales y luz solar

Actualmente están planeando ampliar el pequeño aparato de laboratorio para hacer un prototipo más grande de 40 litros, alimentado continuamente con las aguas residuales municipales. Si los resultados del prototipo de 40 litros son prometedores, pondrán a prueba el dispositivo en una planta de tratamiento de aguas residuales.

 

PEC-MFC-300Prototipo del dispositivo que es capaz de producir hidrógeno a partir de aguas residuales y luz solar. / Fotografia: University of California, Santa Cruz

El dispositivo híbrido combina una célula de combustible microbiana (CCM) y una celda solar fotoelectroquímica (CCF). En el componente CCM, las bacterias degradan la materia orgánica en las aguas residuales, y generan electricidad en el proceso. Luego, la electricidad generada biológicamente se dirige al componente CCF para ayudar en la división del agua con energía solar (electrólisis), lo que genera hidrógeno y oxígeno.

Los dispositivos CCF o CCM se pueden usar por si mismos para producir hidrógeno. Sin embargo, requieren de un pequeño voltaje adicional (un “sesgo externo”) para superar la barrera de energía termodinámica para reducir los protones en hidrógeno. La necesidad de incorporar un elemento de energía eléctrica adicional, añade significativamente, tanto al costo, como a la complejidad de estos tipos de dispositivos de conversión de energía, especialmente a grandes escalas. En comparación, el dispositivo híbrido solar-microbiano desarrollado por un equipo liderado por Yi Li, profesor adjunto de química en la Universidad de California, Santa Cruz, se impulsa a sí mismo y es auto-sostenible, ya que la energía combinada de la materia orgánica (obtenida por el CCM ) y la luz solar (capturada por el CCF) es suficiente para impulsar la electrólisis del agua.

En efecto, el componente CCM puede considerarse como una “bio-batería” auto-sostenida que proporciona energía adicional para la generación de hidrógeno por el CCF. “Las únicas fuentes de energía son las aguas residuales y la luz solar”, dice Li.

Cuando el el dispositivo CCF-CCM se alimentó con aguas residuales y se iluminó con un simulador solar, mostró la producción continua de hidrógeno a una tasa promedio de 0,05 metros cúbicos por día. Al mismo tiempo, las aguas residuales, turbias en un principio, se aclararon.

hanyu-wang-300Wang Hanyu, estudidante de la UCSC, es la primera autora del artículo que describe un nuevo dispositivo solar-microbiana. / Fotografia: University of California, Santa Cruz

 

Los investigadores se muestran optimistas sobre el potencial comercial de su invención. Actualmente están planeando ampliar el pequeño aparato de laboratorio para hacer un prototipo más grande de 40 litros, alimentado continuamente con las aguas residuales municipales. Si los resultados del prototipo de 40 litros son prometedores, pondrán a prueba el dispositivo en una planta de tratamiento de aguas residuales.

Artículo científico: Hanyu Wang, Fang Qian, Gongming Wang, Yongqin Jiao, Zhen He, Yat Li, “Self-Biased Solar-Microbial Device for Sustainable Hydrogen Generation”, ACS Nano, 2013, DOI: 10.1021/nn403082m

Fuente: University of California, Santa Cruz