Evaluación del efecto de distintos factores en el rendimiento de celdas de combustible microbianas con visión a un futuro escalamiento del sistema

Abstract

La celda de combustible microbiana (CCM) es una tecnología relativamente nueva que busca ser incorporada al proceso de tratamiento de aguas residuales (TAR). Una CCM es un dispositivo electroquímico capaz de convertir la energía química almacenadaen la materia orgánica, en energía eléctrica útil, a través de microorganismos que realizan su proceso metabólico entregando los electrones generados al electrodo anódico de la celda. Las grandes limitaciones de este tipo de dispositivos son las bajas potencias que generan y los altos costos de fabricación. Preliminarmente y dados los avances logrados hasta la actualidad, el objetivo de incorporar esta tecnología al TAR es convertirlo en un proceso autosustentable, energéticamente hablando. Para llevar a cabo este trabajo se construyó un sistema de cuatro celdas base y flujo continuo, con el que se pudo estudiar un total de trece celdas de cátodo aireado, únicamente intercambiando los electrodos catódicos. El objetivo fuedeterminar la influencia de distintos factores sobre el rendimiento de las celdas, asociando al mismo,la máxima densidad de potencia (MdP) alcanzada, principalmente. Para ello se realizaron saltos en escalón de resistencias en un rango de 55 a 20.000 Ω. Las variantes entre las celdas fueron: el tipo de estructura, de doble o simple cámara; el material de la membrana de intercambio en las celdas de doble cámara, Nafion comercial y membrana reciclada de batería de celular; y el material del electrodo catódico, tela de grafito (TDG), TDG con recubrimiento de platino 0,5 mg/cm2 (TDG Pt), TDG con tratamiento Wet Proofing 60% (TDG WP) y tela con recubrimiento de grafito (TRG). Los resultados obtenidos mostraron que la variable más influyente en el rendimiento de las celdas es el material catódico, ya que las celdas con el cátodo TDG Pt resaltaronentre las demás por sus altas MdP. También se efectuó un análisis económico de las CCM, comparando la potencia generada con el costo de fabricación de cada una, y nuevamente las celdas con cátodo de TDG Pt ocuparon los primeros puestos. Evidenciando que, si bien el platino es un material caro, compensa su alto costo con el incremento en el rendimiento que produce en una CCM. Por último,se realizaron dos gráficos para determinar visualmente la relación entre voltaje de circuito abierto, resistencia interna y MdP, con datos de las trece celdas.