Pesquisadores do Laboratório de Biotecnologia Ambiental e Energias Renováveis(Labiore) do campus de Ribeirão Preto da USP uniram duas metodologias e conseguiram produzir hidrogênio e energia elétrica em experimentos de laboratório a partir da fermentação de bactérias isoladas de efluentes e de sedimentos marinhos.
O uso de bactérias com essa finalidade já foi tema de estudos anteriores realizados por outros grupos de cientistas. A inovação da pesquisa realizada no Departamento de Química da Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto (FFCLRP) da USP está no uso de dois biocatalisadores inéditos, que se complementam: o primeiro usa a bactéria Clostridium beijerinckii, isolada pelo grupo de pesquisa da USP; e o segundo, bactérias exoeletrogênicas, provenientes de sedimento marinho e capazes de transportar elétrons para fora delas.
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O resultado da união das metodologias foi a geração de gás hidrogênio (combustível limpo, livre de carbono) e energia elétrica usando integralmente compostos orgânicos. O projeto foi realizado no mestrado do pesquisador Vinicius Fabiano dos Passos sob a coordenação da professora Valéria Reginatto Spiller. “Este sistema pode ser aplicado no tratamento de efluentes domésticos e industriais, que seriam a fonte de materiais orgânicos poluentes, resultando em um duplo benefício: a geração de energia limpa e o tratamento desses resíduos”, destaca a professora.
Um artigo descrevendo a pesquisa, Hydrogen and electrical energy co-generation by a cooperative fermentation system comprising Clostridium and microbial fuel cell inoculated with port drainage sediment, foi publicado na edição de abril da revista Bioresource Technology.
Bactérias do lodo e sedimentos marinhos
Na primeira etapa do estudo, os pesquisadores usaram a bactéria Clostridium beijerinckii isolada do lodo do sistema de tratamento de efluentes pela pesquisadora Bruna Constante Fonseca, em sua pesquisa de mestrado. As bactérias foram colocadas em um meio líquido dentro de um biorreator contendo carboidratos, simulando o material orgânico de efluentes. O resultado da fermentação desse líquido pelas bactérias foi hidrogênio em sua forma gasosa. Mas no meio líquido onde elas estavam ainda ficaram ácidos orgânicos que também apresentavam potencial para gerar energia. E aí começa a segunda etapa da pesquisa.
Os ácidos orgânicos que restaram da etapa anterior foram colocados em uma célula a combustível microbiológica (CCM). A professora Valéria esclarece que a CCM é uma “bateria biológica” na qual compostos químicos, especialmente os ácidos orgânicos, são oxidados pelas bactérias exoeletrogênicas.
“Esses microrganismos são capazes de transferir os elétrons da oxidação de compostos a uma superfície sólida, neste caso o eletrodo (ânodo) da célula a combustível microbiológica. Os elétrons resultantes da oxidação percorrem um circuito externo até reduzirem o oxigênio que se encontra na outra parte da bateria (cátodo), gerando assim uma corrente elétrica e água”, explica a docente. A CCM foi construída em colaboração com a professora Adalgisa Rodrigues de Andrade, do Laboratório de Eletroquímica do Departamento de Química da FFCLRP.
Estudos
Os pesquisadores utilizaram na CCM um sedimento marinho coletado no porto da cidade do Rio Grande, no Rio Grande do Sul, pelo professor Fabricio Butierres Santana, da Universidade Federal do Rio Grande (FURG), e que está estudando esse mesmo tipo de sistema.
“Após o crescimento dos microrganismos presentes no sedimento na superfície do eletrodo, observamos a presença de nanofios (veja imagem abaixo), que são estruturas utilizadas por algumas bactérias exoeletrogênicas para a transferência de elétrons a longa distância”, destaca a professora.
Segundo ela, os estudos continuam. “Queremos entender melhor o funcionamento da bateria biológica, para otimizar os biocatalisadores, pois algumas bactérias também consomem os elétrons, ou seja, a energia que é produzida. Quanto ao Clostridium, tem um tipo específico de ácido orgânico, o ácido acético, que é o preferido das bactérias exoeletrogênicas. Então podemos otimizar o processo para gerar mais ácido acético”, diz.
O projeto tem apoio da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo e contou com bolsas da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes) e da Fapesp. A identificação dos grupos de bactérias presentes no ânodo da CCM teve a colaboração do professor Fernando Dini Andreote e do pesquisador Armando Cavalcante Franco Dias, da Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz (Esalq) da USP, em Piracicaba.
