Evaluación de catolitos para la producción de hidrógeno en celdas de electrólisis microbianas equipada con una membrana de alcohol polivinílico/quitosano

GONZALEZ PABON MARIA JESUS; CARDEÑA RENE; CORTÓN, EDUARDO; BUITRON GERMAN

Ceara

Congreso; International Society for Microbial Electrochemistry and Technology (ISMET Latinoamerica); 2024

Capitulo Latinoamericano ISMET

Las celdas de electrólisis microbiana (MECs) son sistemas bioelectroquímicos con los cuales se obtiene hidrógeno (H2) mediante electrólisis del agua asistida por microorganismos. El H2 se produce empleando materia orgánica como fuente de carbono (por ejemplo, aguas residuales), y bacterias exoelectrogénicas. Para favorecer la reacción se aplica un voltaje de aproximadamente 1 V. Los sistemas MECs por lo general emplean una membrana de intercambio iónico que separa el cátodo donde se genera el H2, del compartimiento anódico. Entre los desafíos que enfrenta el escalado de MECs se encuentran la necesidad de adquirir materiales de membrana y catolitos de bajo costo y reducidos impactos ambientales negativos. Actualmente tanto la membrana más empleada, Nafion® como el catolito más usado, el buffer fosfato (PB) implican un alto costo y consideraciones especiales en cuanto a producción y disposición final. En este estudio, se comparó el rendimiento de MECs equipadas con una membrana de bajo costo y biodegradable elaborada a partir de alcohol polivinílico y quitosano (PVA/CS) con respecto a MECs operadas con la membrana comercial convencional de Nafion®. Además, se evaluó el efecto de tres soluciones de catolito (NaCl, KCl y PB) sobre la producción de hidrógeno y otros parámetros de desempeño. Se trabajó con reactores MECs con volumen de trabajo de 400 mL por compartimiento. Se usó medio de cultivo microbiano con acetato como fuente de carbono, como anolito. Las MECs fueron operadas a 30 °C, con agitación continua y potencial anódico controlado de +200 mV vs. Ag/AgCl (KCl 3.0 M). La tasas de producción de hidrógeno no mostraron diferencia significativa entre los materiales de membrana y los catolitos empleados. Se obtuvieron tasas de 1053 ± 165, 1002 ± 98, y 1080 ± 189 mL H2 Lcat -1 d-1 con Nafion y NaCl, KCl, y PB, respectivamente. A su vez, se registraron tasas de 1074 ± 112, 947 ± 168, y 1100 ± 226 mL H2 Lcat -1 d-1 con PVA/CS y NaCl, KCl, y PB, respectivamente. En conclusión, se obtuvo hidrógeno de alta pureza utilizando MECs de dos compartimientos equipadas con una membrana de PVA/CS biodegradable y NaCl como catolito, logrando un rendimiento similar en comparación con otros sistemas MEC previamente publicados que utilizan membranas comerciales y buffers. La membrana PVA/CS es un 90% menos costosa que Nafion® y más amigable con el ambiente, por sus procesos de fabricación y disposición final.