Sistemas Bioelectroquímicos Para La Producción de Hidrógeno y

7/24/2019 Sistemas Bioelectroqumicos Para La Produccin de Hidrgeno y

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Sistemas bioelectroqumicos para lde hidrgeno y remocin de mate

remanente en efuentes de erobscuras

Equipo:

Karina del Rosa

#arita $arolina!ancy #essenia

Jos' (ernando

*ng'lica Reyes

Jes-s *lonso So

.ni"ersidad /olit'cnica de 0mepalacio1

2ngeniera en 3iotecnologa 4 *

5ocente: 61$ &li"ia 0arca


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2ntroduccin

)a creciente demanda de energa en el mundo y elcombustibles siles han pro"ocado serios problemas ambiental y el calentamiento global de la tierra1

Sin embargo8 a-n no se cuenta con la inraestructuranecesaria para de9ar de depender del petrleo como uenerga1

En los -ltimos a,os se han desarrollado di"ersas teenocan en la utiliacin de la energa acumulada desechos8 tales como son: la metanog'nesis $%

;


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2ntroduccin >al es el caso de las celdas de combustible microbianas o 6

electrlisis microbianas o 6E$8 las cuales prometedora para

de energa reno"able que se pueda emplear como hidrogeno1

El tema que se desarrolla en este proyecto es el uspro"eniente de un reactor de ermentacin oscura y el cipara alimentar una celda de electrlisis microbiana comportamiento as como la produccin de %=y electricidad

(Liu e


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2ntroduccin

/uesto que el hidrgeno es un "ector energ'tico con uncombustin1 )a ermentacin oscura parece ser el m'todoa"orable para la produccin de este combustible rendimiento8 rapide y ba9o costo1 /ero se trata de ungenera un residuo con altas concentraciones de cidos graalcoholes cuya energa a-n puede ser apro"echada mtecnologas1


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2ntroduccin

/or otra parte en la actualidad8 e7iste una gran preocupacun tratamiento adecuado a las aguas contaminadasobtener agua con la calidad su@ciente como para senuestras acti"idades diarias1 # su "e8 se presenta la encontrar uentes alternas de energa que puedan smediante tecnologas reno"ables1


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2ntroduccin

5e esta manera8 surge la idea de encontrar sistemas qudualidad8 por una parte8 tratar el agua residual y8 por otroproductos de "alor agregado8 como los biocombustibles y$ombustin 6icrobiana 6icrobial (ull $ell< y las $eldas 6icrobianas 6icrobial Electrolysis $ell< son una alternati"a

(Chen


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Planteamiento del problema

)a creciente demanda de energa en el mundo y el uscombustibles siles han pro"ocado serios problemas de cambiental y el calentamiento global de la tierra1 /or lo necesidad de desarrollar uentes de energa alternati"as yque satisagan las necesidades de la poblacin1

Es por ello8 que hay una gran preocupacin por darles uadecuado a las aguas contaminadas que permita obtene

calidad su@ciente como para ser utiliada en nuestradiarias1


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Objetivo general del proyec

Estudiar el eecto de un "olta9e aplicado a un sistema biolanaerobio en una celda de electrolisis microbiano para la dde un cido graso modelo8 propinato de calidad comerciala e@ciencia de con"ersin de %=ba9o condiciones potencia

en un medio de culti"o con un empaque como soporte y eempleando el substrato modelo1


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Objetivos especfcos.

E"aluar la produccin de hidrgeno y remocin de materiaaplicar a la celda dierencias de potencial el'ctrico1

5eterminar las condiciones ms adecuadas de concentracmateria orgnica y dierencia de potencial para la degradasustrato y produccin de %= al utiliar un sustrato sint'tico

E"aluar consumo de cido propinico en medio anaerobio

E"aluar consumo de cido propinico en un reactor anaer@9o empacado


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Objetivos especfcos.

E"aluar consumo de cido propinico en un reactor anaerocon aplicacin de un impulso el'ctrico1

$onocer las limitaciones termodinmicas de su ormacin1

*grupar las posibles respuestas de los *0+s ante un impulen las $eldas de Electrolisis 6icrobianas1


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Propuesta de solucin.

%AB El consumo de cido propinico en medio anaerobio medio en lecho @9o y medio en lecho @9o con impulso electmismo1

%C B El consumo de cido propinico en medio anaerobiomedio en lecho @9o y medio en lecho @9o con impulso elecdierente


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Justifcacin.

El hidrgeno es una energa atracti"a debido a su alto contenerg'tico y sin generacin de residuos contaminantes1 Endierentes mecanismos e7istentes para la produccin de hermentacin oscura o ermentacin anaerobia es uno de linteresantes debido a que se apro"echan residuos como m

*ctualmente8 la in"estigacin en la produccin biolgica deencuentra en desarrollo8 sin embargo8 los resultados no ha

concluyentes8 e7istiendo a-n un "aco en los actores que tener en cuenta y sobre todo no se ha llegado al ni"el m7produccin terico1


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Justifcacin.

Es aqu donde el proyecto trata de analiar el comportamicomo estos inter"ienen en la produccin de 3ioD%=8 adem

cido graso modelo el propinico8 debido a que no e7istedel mismo en la comunidad cient@ca y esto ser una generacin de conocimiento en este aspecto1


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(undamentos

)a sociedad humana parece tener un apetito insaciable decombustibles siles1 *ctualmente consumimos cerca de C>F BCAC= FB 8= EJ G a,o< de energa en todo el mundo8 yapro7imadamente 4AH de los que pro"iene de la quema dcombustibles siles1

)a combustin de combustibles siles es la adicin deapro7imadamente I gigatoneladas C7CAtoneladas< por a

orma de $&=< a la atmsera cada a,o1 En slo unos pocoslos humanos han lanado el carbono orgnico acumulado acientos de millones de a,os1

0oldemberg 2/$$8 =AA


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(undamentos%idrgeno como biocombust

El hidrgeno es el elemento ms simple del planeta8 la modiatmica %=< de orma pura es un gas incoloro8 inodoro y

El hidrogeno puede ser producido a partir de "arios sustratcomo uentes de energa sil8 biomasa8 agua8 etc1 El "alor%= es el ms alto entre los combustibles no nucleares1

(Ae(Sun et al., 2012)


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(undamentos%idrgeno como biocombust

!o obstante8 la transicin al %=tiene "arios incon"enientes

actualidad la produccin de %=es escasa8 hay poca inraes

estaciones de abastecimiento de %=y poco conocimiento s

caractersticas de la combustin de %=en mquinas de com

interna1

&tro problema es que hoy en da la mayor parte del %=es

partir de combustibles siles por medio de procesos termoesta ran el desarrollo de tecnologa para la produccin d

procesos biolgicos se "uel"e una alternati"a atracti"a1

(S(Sun et al.,

2012).

(Rittmann, 2008)


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(undamentos)a con"ersin de biomasa residua

energa -til1

.na uente potencialmente grande y sin e7plotar es la hacer energa -til a partir de la biomasa residual de lhumanas1

)a con"ersin de biomasa residual en energa -til es dproduccin de etanol a partir de un culti"o alimenticmaterial de partida por lo general es mucho ms complest compuesto normalmente de una mecla de hidrato

protenas8 lpidos y cidos nucleicos1 6ateriales deri"ados tambi'n contiene celulosa y lignina casi toda la macromol'culas8 y mucho material es slido1

(

2001

(n!orma"i#n de $nerg%a Admini&tra"i#n, 200')


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(undamentos)a con"ersin de biomasa residuaenerga -til1

Figura 1 Los tres pasos para convertir material orgnico complebiomasa a las salidas de energa til. La etapa de estabilizacindetermina la forma de la bioenerga que es producido: metano"idrgeno o bioelectricidad #en una celda de combustible micro

#%ittmann. &''($.


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(undamentos0eneracin de biohidrgeno1

El %=es otro gas de ba9a solubilidad que puede ser una or

separacin de electrones y la produccin de energa a partmicrobianos anaerobios1 El %=tiene apro7imadamente el m

la combustin como el $%;L%M B = NJ G mol o CC NJ G e

puede ser quemado para obtener energa de manera simi$%;


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(undamentos0eneracin de biohidrgeno1

6ediante la ermentacin oscura se genera %=en la prim

una ermentacin anaerobia que utilia "arios sustratos o%= es un metabolito intermedio que es utiliado como

electrones por las arqueas generadoras de metano en etapa de la ermentacin1 !o obstante8 se puede inhibmetanog'nesis y otras reacciones bioqumicas que consum


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(undamentos )a bioelectricidad1

)a bioelectricidad es otro de los productos obtenidos en la de la materia orgnica8 la salida de electrones y de energtiempo que se produce agua de orma natural est de elecproducida a partir de una celda de combustible microbianabioelectricidad1


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(undamentos)os m'todos de tratamiento de residuos

$onsiderado el proceso de degradacin anaerobia el cual etapas: hidrlisis8 acidog'nesis8 acetog'nesis y metanog'npaso se lle"a a cabo por dierentes especies microbianas1


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(undamentosSistemas bioelectroqumicos1

)os sistemas bioelectroqumicos utilian determinadas realian la o7idacin de la materia orgnica sobre un elecnodo1 Su uente de materia orgnica son sustratos tales celulosa8 almidn y aguas residuales de di"ersos orgenes1

Esta tecnologa puede di"idirse en dos tipos de celdas deaplicacin que se realia en su ctodo: celdas demicrobianas y celdas de electrlisis microbianas


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(undamentos)as especies bacterianas capaces de o7idacin el ci

Si se considera la degradacin del cido propinico8 han-mero de especies bacterianas descritas que son capbastante1 5ebido a termodinmico desa"orable de cpropionato8 la mayora de ellos o7idan en un coDculti"o conG pare9a utiliando ormiato o con un compuesto qumico aaceptor de electrones1

5egradadores de propionato microbiano son m

)eltaproteobacteria del orden *+ntrop"obacteriales8 y ,lostridiales -eptococcaceae

(

2008


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(undamentos)as especies bacterianas capaces de o7idacin el cido

)os microorganismos degradadores de propionato mes@log'neros *+ntrop"obacter *mit"ella + -elotomaculum1 )osson )esulfotomaculum + -elotomaculum.

(A


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MATE!A"E# $ M%TO&O#

)os microorganismos utiliados como inculo se desarrollaC= das en reactor anaerobio el cual ser alimentado con "aca y desechos de rutas y "erduras a una temperatura cOM$1 )a uente de inculo para el presente proyecto se haa temperatura ambiente y alimentada mensualmente con ciento "G"< de licuado de rutas y "erduras1

>abla C1 $omponentes de la solucin de traba9o con el in

'olumen(ml)

*ompuesto

+,.-, 2noculo OHanto la tapa superior como los puertos de muestreo serntapas de rosca8 las cuales debern contar con septos de si

cone7iones sern selladas con silicn1


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MATE!A"E# $ M%TO&O#*4mara andica

)as cmaras andicas se llenaran con CO m) de una mey medio mnimo de nutrientes agregando propinato de s

)as cmaras andicas se montaran en tres sistemas dierreactor ue en medio suspendido8 posteriormente los otrosse les colocara un @eltro de carbono 0rupo Rooe< como slos microorganismos productores de energa el'ctrica1 )os carbono poseern un rea super@cial de ; cm= cada uno

apro7imadamente y un espesor de A1O cm se colocaran mealambre de titanio Sigma< de C mm de espesor dentro deorma de espiral1 Sin embargo a uno de estos sistemas se potencial de A1;A +1


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MATE!A"E# $ M%TO&O#*4mara catdica

En la cmara catdica8 el ctodo que se utiliara deber de platino con un rea super@cial de ; cm=y alambre de ticone7in e7terna1 El catlito estar compuesto por CO msolucin amortiguadora de osatos8 adicionada con K$l ;4me9orar la conducti"idad de la solucin y permita el intercaelectrones al circuito e7terno de las celdas1

.na "e armado el compartimento catdico y andico se p

realiar el proceso de burbu9e con gas nitrgeno por O mi@nalidad de establecer un ambiente si la muestra est muconcentrada con materia orgnica e inoculo no es necesar


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MATE!A"E# $ M%TO&O#membrana

)a membrana utiliada ser .ltre7 $62DAAA de intercamcon un dimetro de cm1 $olocada entre ambas cmaras pegamento de tipo silicn1 )a membrana se someter a unacondicionamiento por C= horas en una solucin salina de temperatura ambiente


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MATE!A"E# $ M%TO&O##ustrato

)a uente de carbono que se utiliara ser cido propinicconcentracin CA m61 El medio mineral utiliado ser mednutrientes para . coli1 El medio se preparara en dos soluca la ba9a concentracin de los elementos traa1 )as tablas muestran las concentraciones de dichos medios1

*omponente *antidad

(g)5+6PO/

56+PO/ =

(76/)+#eO/ C

*a*l+ A1A;

Agua destilada aorar aCAA m)

*omponente *antidad (g)

8e*l+906+O A1A=;*o*l+906+O A1A=AMn*l+9/6+O A1AC4:n*l+ A1ACAO*u*l+ A1ACO7i*l+9/6+O A1A=A7aMoO9+6+O A1AC=OAgua destilada aorar a OAA

m)


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MATE!A"E# $ M%TO&O#T;cnicas de an4lisis y procedimient

recoleccin de in


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MATE!A"E# $ M%TO&O#&escripcin del e=uipo e instrument

Medicin de p6. Medicin de conductividad.

Medicin de &>O

Medicin de A?'s.

Medicin de los ?ases.

T;cnicas electro=umicas


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MATE!A"E# $ M%TO&O#

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