La cella a combustibile alimentata dal suolo promette una depurazione dell’acqua economica e sostenibile

Gli ingegneri dell’Università di Bath hanno dimostrato che è possibile catturare e utilizzare l’energia creata dalle reazioni naturali che si verificano nei microrganismi all’interno del suolo.

Un team di ingegneri chimici ed elettrici ha dimostrato il potenziale di semplici ” celle a combustibile microbiche del suolo ” (SMFC) economiche e semplici , sepolte nella terra per alimentare un reattore elettrochimico che purifica l’ acqua .

Il progetto proof-of-concept è stato dimostrato durante i test sul campo nel nord-est del Brasile che si sono svolti nel 2019 e ha dimostrato che gli SMFC possono purificare circa tre litri di acqua al giorno, abbastanza da coprire il fabbisogno giornaliero di acqua di una persona.

Il progetto nasce dalla collaborazione con un team di geografi dell’Universidade Federal do Ceará e un team di chimici dell’Universidade Federal do Rio Grande do Norte.

I test si sono svolti a Icapuí, un villaggio di pescatori situato in una remota località semiarida dove la principale fonte di acqua potabile è l’acqua piovana e l’accesso a una rete elettrica affidabile è scarso.

L’acqua piovana deve essere clorata per essere potabile e, oltre a causare cattivo gusto e odore, la clorazione incontrollata è pericolosa per la salute umana, quindi sono essenziali metodi sicuri per trattare l’acqua.

Le celle a combustibile microbiche del suolo hanno dimostrato di funzionare sul campo

Gli SMFC generano energia dall’attività metabolica di specifici microrganismi (elettrigeni) naturalmente presenti nel suolo, in grado di trasferire elettroni all’esterno delle loro cellule.

Il sistema, sviluppato dal personale del Dipartimento di Ingegneria Chimica e del Dipartimento di Ingegneria Elettronica ed Elettrica di Bath, è costituito da due elettrodi a base di carbonio posizionati a una distanza fissa (4 cm) e collegati a un circuito esterno. Un elettrodo, l’anodo, è sepolto nel terreno, mentre l’altro, il catodo, è esposto all’aria sulla superficie del suolo .

Gli elettrigeni popolano la superficie dell’anodo e quando “consumano” i composti organici presenti nel suolo, generano elettroni. Questi elettroni vengono trasferiti all’anodo e viaggiano al catodo attraverso il circuito esterno, generando elettricità

Costruendo una pila di diversi SMFC e collegandola a una batteria è possibile raccogliere e immagazzinare questa energia e utilizzarla per alimentare un reattore elettrochimico per il trattamento dell’acqua .

Una singola unità SMFC costa solo poche sterline, che potrebbero essere ulteriormente ridotte con la produzione in serie e con l’uso di risorse locali per la fabbricazione degli elettrodi.

Soluzione economica e sostenibile per un problema di clorazione

La necessità di una depurazione sostenibile dell’acqua nell’area deriva dal fatto che la principale fornitura di acqua proviene dalle precipitazioni, che devono essere clorate per essere potabili.

La tecnologia, installata presso la EEF Professora Mizinha della scuola elementare di Icapuí , crea una piccola quantità di energia, che può essere utilizzata per purificare fino a tre litri di acqua in circa un giorno. Sono necessarie ulteriori ricerche per aumentare la sua capacità.

Il team mira a perfezionare il design dell’attrezzatura e la sua efficienza per consentire a un pezzo di equipaggiamento di purificare l’acqua necessaria a una famiglia in un giorno. Questo presenta tre sfide: generare abbastanza energia; raccogliere e immagazzinare quell’energia in modo efficace; e trattare l’acqua in modo efficiente per garantire qualità e bevibilità.

La dott.ssa Mirella Di Lorenzo, che ha guidato il progetto, ha dichiarato: “Utilizzare la tecnologia delle celle a combustibile microbiche del suolo per trattare il fabbisogno idrico giornaliero di una famiglia è già realizzabile in condizioni di laboratorio, ma farlo all’aperto e con un sistema che richiede una manutenzione minima è molto più complicato e questo ha già dimostrato che le celle a combustibile microbiche sono considerate efficaci. Questo progetto mostra che gli SMFC hanno un vero potenziale come fonte di energia sostenibile ea basso consumo energetico “.

Ha aggiunto: “Stiamo affrontando la questione della scarsità d’acqua e della sicurezza energetica nel Brasile nord-orientale, che è un’area semi-arida. Abbiamo cercato un modo sostenibile per trattare l’acqua in modo efficace e renderla potabile. L’acqua piovana è la principale fonte di acqua potabile nella zona, ma non è sterile: il nostro approccio in questo lavoro indica un modo per risolvere il problema.

“Un altro elemento importante del nostro progetto è l’educazione sulle tecnologie sostenibili. Il lavoro sul campo è stato svolto insieme agli alunni della scuola primaria e ai loro insegnanti. Sono stati formati sui principi di funzionamento, installazione e manutenzione del sistema”.

Durante il lavoro sul campo, avvenuto nel 2019, è stato installato un sistema presso la scuola elementare, dove è stato testato per garantire che potesse replicare i risultati precedentemente visti in laboratorio.

Il leader brasiliano del progetto, il dottor Adryane Gorayeb, dell’Università Federale del Ceará (UFC), ha dichiarato: “L’applicazione della tecnologia, così come l’elemento educativo del progetto, ha fornito un’esperienza trasformativa agli alunni, che hanno ampliato la loro visione del mondo.

“Gli alunni hanno aiutato con la fabbricazione di celle a combustibile microbiche nel suolo e hanno imparato a gestire la tecnologia. Hanno anche partecipato a un seminario dedicato per aumentare la consapevolezza ambientale, sulla base degli Obiettivi di sviluppo sostenibile delle Nazioni Unite”.

Articolo in inglese https://techxplore.com/news/2020-10-soil-powered-fuel-cell-cheap-sustainable.html