Sistema di monitoraggio MFC in Costa Rica

di Alessandro Raffi
In merito alla collaborazione tra l’unità SET e l’Universidad de Costa Rica, descriverò una delle attività di ricerca che stiamo sviluppando con crescente interesse e promettenti risultati. Nello specifico si tratta di stazioni di monitoraggio ambientale che possano svolgere il loro compito prescindendo da un collegamento alla rete elettrica o da batterie tradizionali. Tale necessità scaturisce dalle intrinseche condizioni dei siti da monitorare (distanza da rete elettrica), ma anche dall’esigenza di abbattere i costi di gestione e installazione relativi ai sistemi, senza pregiudicarne la funzionalità. La ricerca in questione si è rivolta alle “Microbial Fuell Cells” (MFCs) ovvero delle celle a combustibile operanti a mezzo di specifici microrganismi. Le MFCs sono dei bioreattori in cui l’energia immagazzinata nei legami chimici dei composti organici, presenti nella “matrice terreno”, viene convertita in energia elettrica attraverso reazioni catalizzate dagli stessi microrganismi. I vincoli di una MFC sono la presenza di microrganismi e la necessità di un flusso di nutrienti per il sostentamento del biofilm. Tali microorganismi elettrogeni (elettrochimicamente attivi) sono capaci, anche in assenza di mediatori, di degradare la materia organica producendo energia. Tra i principali batteri elettrogeni conosciuti (nel terreno) si riportano alcuni ceppi appartenenti alla famiglia delle Geobacteraceae e alla famiglia delle Shewanella, come lo Shewanella putrefaciens.

Per maggiori informazioni e approfondimenti vi rimando a due interessanti articoli, pubblicati proprio su questo portale. Il primo riguarda uno studio della Lebônê Solutions, una start-up di Cambridge, con un’applicazione operativa in Tanzania; il secondo è un riassunto dello stato dell’arte inerente le MFCs, presentato a Bruxelles da ENEA.

Nel nostro caso la sperimentazione delle MFCs è stata effettuata presso il “Centro de Investigacion Agronomica” (CIA) con il supporto del dipartimento di Microbiologia dell’Universidad de Costa Rica (UCR). A tal proposito vorrei sentitamente ringraziare, per il fondamentale aiuto, la Prof. Lidieth Uribe e la Prof. Lorena Uribe; senza dimenticare l’apporto degli ingegneri Italiani che per otto mesi hanno condotto la sperimentazione verso gli ottimi risultati riscontrati: Andrea Pietrelli ed Alessandro Veloce.

L’obiettivo della ricerca è sia quello di creare le migliori condizioni possibili al fine di ottimizzare la produzione di energia all’interno della cella, sia quello di implementare un sistema di gestione dell’energia prodotta attraverso un opportuno protocollo di comunicazione che limiti gli sprechi e massimizzi l’utilità del sistema. I materiali utilizzati sono il feltro di grafite (per gli elettrodi), cavo di titanio (per le connessioni elettriche all’interno della cella) e PVC (per isolare la cella dall’esterno). Questa tipologia di elementi, oltre ad essere relativamente economici, dimostrano ottime caratteristiche funzionali. I parametri monitorati sono stati differenti: biologici, chimici e fisici. Si è infatti evidenziato quale fosse il ceppo batterico che maggiormente si sviluppava all’interno della cella nel corso del suoi funzionamento e si è altresì studiata, in modo approfondito, l’influenza del pH/umidità/temperatura/tessitura del terreno rispetto alla produzione specifica di energia elettrica.

L’attività, attualmente in corso di svolgimento presso i laboratori dell’Università, proseguirà e condurrà al più presto all’installazione di un array di celle con annesso un sistema di monitoraggio e comunicazione in un campo agricolo nella periferia di San Josè. Il sistema permetterà il controllo del potenziale redox (ORP) fornendo dati a cadenza giornaliera e senza necessità di connessioni elettriche per la comunicazione degli stessi.

Alessandro Raffi

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *


*

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>