Evaluación de la geometría de ánodos impresos en 3D en la generación de energía eléctrica y el tratamiento de aguas residuales municipales en celdas de combustible microbianas

Abstract

"Las celdas de combustible microbianas (CCM) son sistemas bioelectroquímicos capaces de generar energía eléctrica directamente aprovechable a partir de la oxidación microbiana de la materia orgánica presente en sustratos complejos, como las aguas residuales. El desempeño de estos sistemas depende en gran medida de las propiedades y del diseño de los electrodos, particularmente del ánodo, donde ocurre la transferencia de electrones desde los microorganismos hacia el circuito externo. En este estudio se evaluó el efecto de la geometría de ánodos impresos en 3D en la generación de energía eléctrica y el tratamiento de aguas residuales municipales en celdas de combustible microbianas. Se fabricaron tres tipos de ánodos con diferentes geometrías internas (cuadrícula, hexagonal y triangular) utilizando un filamento conductor a base de Nylon12 y óxido de grafeno mediante impresión 3D. Los ánodos fueron evaluados en celdas de combustible microbianas de doble compartimento alimentadas con agua residual municipal. Se monitoreó el voltaje generado y se determinaron parámetros electroquímicos como densidad de potencia, eficiencia coulómbica y curvas de polarización, además de la eficiencia de remoción de la demanda química de oxígeno (DQO). Los resultados mostraron que la geometría del ánodo influyó en el desempeño del sistema. El mejor desempeño se obtuvo con el ánodo de geometría de cuadrícula, el cual alcanzó un voltaje de 178.95 mV, una densidad de potencia de 32.11 mW/m3, una eficiencia de remoción de DQO de 88.17% y una eficiencia coulómbica de 1.27%. En conjunto, los resultados indican que la geometría del ánodo impreso en 3D puede influir en el desempeño electroquímico de las CCM, siendo la estructura de cuadrícula la que presentó el mejor rendimiento bajo las condiciones evaluadas."