Célula de potência alimentada por bactérias auto-sustentável criada
Em vez de petróleo, carvão, ou mesmo energia solar, células de combustível bacterianas autossustentáveis podem impulsionar o futuro. Pesquisadores da Universidade Estadual de Nova York desenvolveram o próximo passo em células de combustível microbianas (MFCs, na sigla em inglês) com a primeira célula autossustentável de microescala, que gerou energia por 13 dias consecutivos através de interações simbióticas de dois tipos de bactérias.
"Este conceito de criação de eletricidade através da cooperação sinérgica não é novo. No entanto, grande parte deste trabalho ainda está em seu estágio nascente", disse Sekheun Choi, professor da Universidade de Binghamton, que é um dos coautores de "Self , a geração de bioeletricidade solar conduzida em pilha de combustível microbiana usando cultura de bactérias heterotróficas e fotossintéticas, " junto com o candidato a PhD Lin Liu.
"A evolução desta tecnologia exigirá uma exploração adicional, mas nós, pela primeira vez, percebemos essa ideia conceitual em um dispositivo de microescala", disse Choi.
Numa câmara de células de cerca de um quinto do tamanho de uma colher de chá - 90 microlitros - os investigadores colocaram uma cultura mista de bactérias fototróficas e heterotróficas. As bactérias fototróficas usam luz solar, dióxido de carbono e água para produzir energia própria, enquanto as bactérias heterotróficas precisam "se alimentar" de matéria orgânica ou bactérias fototróficas para sobreviver - pense em vacas pastando em um campo gramado.
Enquanto a célula foi exposta à luz solar, uma dose inicial de "alimento" foi adicionada à câmara para estimular o crescimento das bactérias heterotróficas. Através da respiração celular, as bactérias heterotróficas produziram resíduos de dióxido de carbono, que foi usado pelas bactérias fototróficas para iniciar o ciclo simbiótico.
Depois que esse ciclo foi estabelecido, os pesquisadores pararam de acrescentar fontes "alimentares" adicionais para as bactérias heterófitas, e havia bactérias fototróficas suficientes para sustentar os processos metabólicos das bactérias heterófitas. Esses processos metabólicos geraram uma corrente elétrica - 8 micro amperes por centímetro quadrado de célula - por 13 dias seguidos. O poder foi cerca de 70 vezes maior do que a corrente produzida apenas por bactérias fototróficas.
"As células de combustível com base em bactérias heterotróficas geram maior potência, enquanto que as células de combustível microbiano fotossintéticas proporcionam auto-sustentabilidade, o que é o melhor dos dois mundos", disse Choi.
O avanço é promissor, mas é um passo inicial no desenvolvimento de bactérias geradoras de energia. Em geral, o tamanho miniatura das células permite um curto tempo de arranque e pequenas resistências eléctricas para superar. No entanto, uma televisão comum de 42 polegadas de alta definição leva cerca de meio ampère de corrente elétrica para funcionar, o que, teoricamente, exigiria cerca de 62.500 células dessas utilizadas na experiência. Em realidade, essas células serão usadas para fornecer energia em locais remotos ou perigosos e de baixa potência, como monitores de saúde e sensores de diagnóstico de infra-estrutura.
"Há alguns desafios de usar esta técnica", disse Choi. "Equilibrar o crescimento de ambos os microrganismos para maximizar o desempenho do dispositivo e a necessidade de se certificar de que este sistema fechado vai gerar energia permanentemente sem manutenção adicional são dois que temos encontrado. Experiências de longo prazo são necessários".
O trabalho atual é o mais recente de uma série de estudos de energia relacionados a baterias e de base microbiana, em que Choi trabalhou. Na primavera passada, pesquisadores conectaram nove células biológicas-solares (bio-solar) em um painel bio-solar de trabalho pela primeira vez. As bactérias utilizadas nesse experimento foram fototróficas. Esse painel gerou a maior potência de qualquer célula bio-solar existente em pequena escala: 5,59 microwatts. Choi também desenvolveu uma bateria de papel à base de micróbios inspirada em origami, uma bateria baseada em micróbios que pode usar a saliva humana como fonte de energia, uma bateria que pode ser impressa em papel e bateria inspirada em estrelas ninjas japonesas.
O artigo será publicado no Journal of Power Sources em 30 de abril.
Referência Bibliográfica:
Lin Liu, Seokheun Choi. Self-sustaining, solar-driven bioelectricity generation in micro-sized microbial fuel cell using co-culture of heterotrophic and photosynthetic bacteria. Journal of Power Sources, 2017; 348: 138 DOI: 10.1016/j.jpowsour.2017.03.01
Publicada originalmente em:
Binghamton University. "Self-sustaining bacteria-fueled power cell created." ScienceDaily. ScienceDaily, 22 March 2017. <www.sciencedaily.com/releases/2017/03/170322122627.htm>.
