Evaluación del tamaño de poro 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) representan una tecnología emergente capaz de integrar el tratamiento de efluentes contaminados con la generación de energía eléctrica, mediante la actividad metabólica de microorganismos electroactivos. El desempeño de estos sistemas depende en gran proporción de las características del ánodo, particularmente de su estructura y porosidad, las cuales tienen un impacto en el crecimiento de la biomasa microbiana, la difusión de sustratos y la transferencia de electrones. El presente estudio tuvo como objetivo evaluar el efecto del tamaño de poro de ánodos impresos en 3D sobre la generación de electricidad y la remoción de materia orgánica en aguas residuales municipales. Para ello, se fabricaron ánodos con tres tamaños de poro (3.4 mm, 2.3 mm y 1.6 mm) utilizando un filamento conductivo a base de Nylon12 y óxido de grafeno. Los ánodos fueron colocados en CCM de doble compartimento a escala laboratorio (2 L, volumen total) y fueron operadas durante 27 días, evaluando parámetros como voltaje, densidad de potencia, eficiencia de remoción de demanda química de oxígeno (ERDQO), eficiencia coulómbica y biomasa. Los resultados mostraron que el ánodo con tamaño de poro de 2.3 mm presentó el mejor desempeño electroquímico, alcanzando un voltaje máximo de 521.48 mV, una densidad de potencia de 14.93 mW/m2 y una eficiencia coulómbica de 4.87%. En contraste, el ánodo de 1.6 mm presentó la mayor ERDQO (86.98%), mientras que el de 3.4 mm presentó los valores más bajos en la mayoría de los parámetros evaluados. Asimismo, la mayor biomasa se observó en el ánodo de 2.3 mm, lo que sugiere una relación directa entre la formación de biopelícula electroactiva y la generación de energía. En conjunto, los resultados mostraron que el tamaño de poro del ánodo es un parámetro crítico en el diseño de CCM, ya que determina el equilibrio entre la degradación de materia orgánica y la recuperación de energía."