Roberta Machado
postado em 23/09/2013 16:00
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| Micróbios (em forma de filamentos) se alimentam de material orgânico: eletricidade sendo produzida |
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| O modelo feito pelos especialistas de Stanford durante os testes: objetivo agora é criar sistemas maiores |
Pesquisadores norte-americanos desenvolveram uma técnica que gera eletricidade com um combustível pouco convencional: água de esgoto. Para criar a usina movida a dejetos, os engenheiros da Universidade de Stanford usaram micróbios capazes de transformar a sujeira em valiosa energia. As bactérias digerem o material orgânico dissolvido no líquido e libera elétrons que são armazenados por eletrodos especiais. O modelo tem a mesma eficiência de células solares e pode ser usado para diminuir os gastos energéticos no tratamento do esgoto.
A tecnologia biológica sustentável pode ser uma solução para duas grandes questões que ameaçam o desenvolvimento humano: a crescente produção de resíduos e o esgotamento dos recursos necessários para a produção de energia. Ao mesmo tempo em que produzem energia elétrica, as bactérias eliminam poluentes que podem consumir o oxigênio necessário para a vida marinha. O processo, livre de poluentes, foi divulgado nesta semana na revista especializada Proceedings of the National Academy of Sciences (Pnas).
Os micróbios exoeletrogênicos são 100 vezes mais finos que um fio de cabelo e evoluíram em ambientes sem ar. Assim, esses micro-organismos desenvolveram a habilidade de reagir com minerais oxidados em vez de respirar. Pesquisadores tentam produzir energia a partir dessa fonte inesgotável há mais de uma década, mas essas pequenas criaturas têm sido difíceis de domar.
Os métodos usados até então gastavam o combustível orgânico sem gerar energia suficiente. Mas os cientistas de Stanford parecem ter encontrado uma solução para esse impasse. ;A redução eletroquímica de oxigênio causa grande perda de energia. Para a nossa bateria, removemos o oxigênio do sistema. Em vez disso, usamos um material sólido como oxidante. Diferentemente do oxigênio na fase gasosa, o oxidante sólido não tem esse problema;, explica Xing Xie, estudante de Stanford e principal autor do estudo.
O grupo desenvolve a técnica há três anos e testou o sistema em um protótipo feito de materiais comuns: uma pequena garrafa e água suja colhida de uma residência. Na tampa do recipiente, dois eletrodos captam a energia produzida pelas bactérias. Os micro-organismos ficam presos ao polo negativo da bateria, onde se atracam aos filamentos de carbono. Os pontos de contato servem como condutores para os elétrons liberados pelos micróbios. As partículas são atraídas até o outro eletrodo, que é feito de óxido de prata (veja infografia).
O processo é chamado pelos pesquisadores de ;pesca de elétrons;. As cargas negativas são conduzidas, uma a uma, ao eletrodo positivo da minúscula usina elétrica. Quando o metal recebe elétrons suficientes, ele acaba sendo convertido em prata e pode ser removido para a colheita da carga acumulada. O processo de oxidação converte o material novamente em óxido de prata, e o circuito pode ser recolocado na bateria para um novo ciclo.
Resultados
O método pode extrair até 30% da energia armazenada na água poluída, uma eficiência equivalente às melhores células solares. ;Muito da água residual gerada no processamento de instalações de processamento de comida tem um alto nível de matéria orgânica, então, bastante energia pode ser produzida nesses lugares;, especula Craig Criddle, professor no Departamento de Engenharia Civil e Ambiental da Universidade de Stanford e um dos desenvolvedores da tecnologia.
No entanto, o potencial no esgoto é muito menor do que o da luz do sol. Assim, não é possível produzir tanta eletricidade com as baterias bacterianas quanto com um sistema fotovoltaico. Mas o criador da bateria movida a esgoto é otimista. ;Ainda há como ser mais eficiente;, avalia Xie. ;Se nosso processo puder ser ampliado para a aplicação prática, podemos não apenas compensar o custo de energia pelo tratamento de esgoto mas também produzir energia dessa água;, acredita o autor do trabalho. Estima-se que os países desenvolvidos invistam 3% da sua eletricidade somente nos sistemas de tratamento de água.
A intenção dos pesquisadores é criar um modelo de tratamento de água autossuficiente, com desempenho impulsionado pelo trabalho dos micróbios. O miniexército poderia acelerar a limpeza do esgoto líquido enquanto produziria a energia necessária para o resto do trabalho, como o bombeamento do ar que alimenta a água com oxigênio. Já os dejetos sólidos podem ser filtrados e separados para fermentação e produção do gás metano, que já é usado em usinas de biomassa.
Vantagem
Atualmente, a técnica de biogás é utilizada em todo o mundo, mas tem a desvantagem de sofrer com a perda energética da conversão do material orgânico em eletricidade. ;A fermentação da biomassa gera gás metano com outras impurezas, que é queimado em um motor de combustão interna. E, em cada etapa, há uma perda de eficiência;, explica Gerhard Ett, engenheiro químico do Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT).
A economia obtida com um sistema de conversão direta de matéria orgânica em eletricidade pode ser significativa. O desempenho do modelo, de acordo com os cientistas norte-americanos, pode cobrir os custos com a limpeza dos resíduos e ainda fornecer energia para a rede. Estima-se que seja possível gerar 0,6kWh por metro cúbico de água de resíduos ; um rendimento que pode parecer baixo, mas encontra uma rica fonte de material nos 32 milhões de metros cúbicos de águas residuais produzidas por dia no Brasil.
;Toda forma de energia alternativa é interessante, além do mais vinda de um problema ambiental, que é o esgoto. Isso é fantástico e tem de ser desenvolvido caso se mostrar viável economicamente;, avalia Ett, que não participou do estudo. O desafio que o grupo de Stanford enfrenta agora é a busca por um material mais barato e tão eficiente quanto o óxido de prata. Em laboratório, é possível usar o elemento precioso para testar o protótipo da bateria microbiana, mas seria inviável construir toda uma usina feita com a matéria-prima. A procura por um material mais econômico, lamentam os pesquisadores, deve levar algum tempo.