Da NSF


Algo grande pode estar crescendo no sistema de tratamento de esgoto graças a um novo projeto que coloca as bactérias em serviço dobrado -tratando a água e gerando eletricidade ao mesmo tempo.

A chave é uma inovadora célula de combustível microbiana de câmara única. O protótipo está descrito na versão online da revista "Environmental Science & Technology"; o artigo também aparecerá em uma futura edição impressa da revista.

A célula de combustível funciona semelhante a uma bateria, gerando eletricidade a partir de uma reação química. Mas em vez de se esgotar a menos que seja recarregada, a célula recebe um suprimento constante de combustível a partir do qual elétrons podem ser liberados. As células de combustível típicas enfrentam o esgotamento de hidrogênio. Na célula de combustível microbiana, as bactérias metabolizam seu alimento -neste caso, a matéria orgânica na água do esgoto- para liberar elétrons que produzem uma corrente elétrica constante.

O protótipo de câmara única, desenvolvido por pesquisadores da Universidade Estadual da Pensilvânia com apoio da Fundação Nacional de Ciência (NSF), permite que o processo funcione de forma eficaz com a água do esgoto.

Em seu estudo, os pesquisadores sugerem que um design aprimorado poderá resultar em "uma abordagem completamente nova" para o tratamento de esgoto: "Se a geração de energia nestes sistemas puder ser aumentada, a tecnologia de célula de combustível microbiana poderá fornecer um novo método para compensar os custos operacionais de tratamento de esgoto, tornando o tratamento avançado de esgoto mais acessível tanto para os países desenvolvidos quanto em desenvolvimento."

Uma subvenção de US$ 87 mil do programa Pequenas Subvenções para Pesquisa Exploratória da NSF apoiou o programa. Tais subvenções promovem pesquisa preliminar inovadora, de pequena escala, de idéias novas e não testadas. Elas às vezes também financiam pesquisa de resposta rápida para desastres naturais e outros eventos não previstos, ou apóiam pesquisa para "catalisar" inovações recentes.

A célula de combustível microbiana de câmara única é essencialmente um cilindro de plexiglass do tamanho de uma garrafa de refrigerante. Dentro se encontram oito anodos de grafite (ou eletrodos negativos), sobre os quais uma bateria é ligada, e um cátodo (ou eletrodo positivo) central oco. Os elétrons fluem pelo circuito cabeado do anodo ao cátodo.

Um fluxo constante de água de esgoto bombeada para dentro da câmara alimenta as bactérias. A digestão bacteriana da matéria orgânica do esgoto libera elétrons para o circuito elétrico e íons de hidrogênio de carga positiva na solução. Estes íons reduzem a demanda de oxigênio da solução, uma meta chave do tratamento de esgoto. Os íons de hidrogênio também passam por uma membrana de troca de prótons para chegar ao cátodo. Enquanto isso, um tubo oco dentro do cilindro contém o cátodo, que fica exposto ao ar. No cátodo, o oxigênio do ar, os íons de hidrogênio que atravessam a membrana e os elétrons que vêm do circuito se combinam para formar água.

Em outras células de combustível microbianas, os micróbios foram alimentados com glicose, etanol e outros combustíveis, mas, segundo Bruce Logan, o professor de engenharia ambiental da Universidade Estadual da Pensilvânia que liderou o projeto: "Ninguém jamais tentou isto com esgoto doméstico. Nós estamos usando algo considerado completamente inútil."

O design de câmara única é importante, ele disse, porque facilita um "fluxo contínuo pelo sistema", um design consistente com os sistemas de tratamento existentes.

Ao introduzir o ar passivamente pelo tubo dentro do cátodo, este modelo também pode reduzir muito a necessidade de esquemas mais agressivos -e de maior consumo de energia- aeração para tratamento de esgoto. Assim, à medida que cria eletricidade, ele também reduz a necessidade dela.

A cada ano nos Estados Unidos, cerca de 125 bilhões de litros de esgoto doméstico são tratados ao custo de US$ 25 bilhões; grande parte disto pago em energia. Se a célula de combustível microbiana puder ser aplicada em grande escala, ela poderá reduzir significativamente os custos de energia no tratamento de esgoto.

Mas há um importante "senão".

"Nós temos que torná-la mais barata", disse Logan. "Não podemos arcar com o uso de bastões de grafite nos anodos, Nafion como membrana de troca de prótons e platina no cátodo de carbono. Mas nós já estamos conseguindo progressos nisto. Sistemas substancialmente mais baratos estão prestes a despontar."

Enquanto isso, em meio ao limo nos anodos, várias e incontáveis bactérias realizam papéis distintos na decomposição do esgoto e na criação de eletricidade.

"Esta é uma reação comunitária", disse Logan. "Nós estamos apenas começando a apreciar e compreender a comunidade bacteriana complexa necessária para a geração de eletricidade a partir do esgoto."