PLANT-MFC: L’ENERGIA IN GIARDINO NUTRIRE IL PIANETA CON LE ENERGIE RINNOVABILI

prefazione Aumentare le aree coltivate per nutrire tutti i popoli e produrre energia elettrica al contempo per lo sviluppo della società. Grazie ai nuovi studi ad opera di università e centri di ricerca di tutto il mondo (Italia compresa), si riesce già oggi a produrre energia elettrica grazie ai batteri del suolo che si nutrono dei prodotti in eccesso della fotosintesi. Un binomio vincente, nutrimento-energia fruibile, che può essere l’incentivo adatto per convincere multinazionali e governi di tutto il mondo ad aumentare le aree dedite alla coltivazione ad uso alimentare.

Introduzione alle MFC (Microbial Fuel Cell) BESs (bioelectrochemical systems) per la produzione di energia elettrica basata sull’utilizzo di substrati organici come fonte energetica. La classificazione delle MFCs è basata sul tipo di microorganismi utilizzati come catalizzatori, e sulla natura microbiotica degli stessi. Ad oggi si suddividono in 4 classi: Plant MFC (Plant Microbial Fuel Cell) o Vascular plant Biophotovoltaics (VP-BPV) Complex photo MFC (Complex Photosynthetic Microbial Fuel Cell) Photo MFC (Photosynthetic Microbial Fuel Cell) BPV (Biophotovoltaic System)

Introduzione ai BPVs (biophovoltaic systems) I BPVs sono variazioni delle microbial fuel cells che producono energia grazie agli elettroni generati dalle attività di respirazione e fotosintesi di alcuni microorganismi fotosintetici (alghe e cianobatteri). Ogni modulo di BPV è costituito da tre camere contenenti due elettrodi separati da una membrana

Introduzione ai BPVs (biophovoltaic systems) Le alghe / i cianobatteri presenti nella camera compiono la fotosintesi. Gli elettroni che si liberano vengono attratti dall’anodo e durante il loro trasferimento verso il catodo producono energia elettrica. Una volta giunti nella camera catodica, reagiscono con l’ossigeno immesso e con i protoni; il prodotto risultante è l’acqua, che viene poi tolta dalla cella.

Plant-MFC (plant microbial fuel cell) o Vascular plant biophotovoltaics (VP-BPV)

Processo fotosintesi Rizodeposizione di essudati e materia organica I microorganismi si nutrono dei depositi Liberazione degli elettroni in seguito alla catabolizzazione degli zuccheri Gli elettroni vengono indirizzati in un circuito che porta dall’anodo al catodo e producono corrente elettrica Nella camera catodica gli elettroni reagiscono con un catalizzatore Produzione di acqua

rizodeposizione compito principale delle radici è quello di ancorare la pianta al terreno e assorbire da esso i nutrienti necessari Rizodeposizione: rilascio di sostanze organiche e inorganiche nella rizosfera da parte delle radici i depositi organici forniscono il 30%- 40% dei nutrienti presenti nel suolo

Struttura (1): camera anodica Struttura: camera anodica + membrana di PSU + camera catodica Camera anodica: contiene l’anodo. La pianta cresce all’interno di questa camera, dove vengono rilasciati gli elettroni che verranno attratti dall’elettrodo in questione. L’anodo è costituito di fibra di carbonio La camera è un ambiente anaerobico

Struttura (2): membrana di PSU e camera catodica Membrana di PSU; membrana che permette il passaggio dei soli protoni da un compartimento all’altro, per consentire il processo di ossidazione PSU: polietersolfone; termoplastica resistente e atossica Camera catodica: contenente il catodo. Gli elettroni arrivati reagiscono con un catalizzatore chimico e producono acqua o esacianoferrato (II) di potassio Il catodo è costituito di acciaio inossidabile Catodo immerso in una soluzione di esacianoferrato (III) di potassio

Variazione produzione energia Durante il giorno e durante la notte la produzione di energia elettrica in loco è continua, ma non costante. Cause delle variazioni: temperatura, composizione degli essudati (pH, O2, CO2), competizione tra gruppi batterici … misurazioni del potenziale delle celle di due plant-mfc, coltivate una con phalaris arundinacea (linea scura) e una con glyceria maxima (linea chiara).

temperatura Gli effetti della variazione di temperatura influiscono sulla flora microbica. Uno dei motivi per cui la produzione di energia elettrica durante il giorno non raggiunge le aspettative, e mantiene un andamento oscillante, è che intorno ai 24°C si registra un aumento di presenza dei batteri mesofili. Questa tipologia di microrganismi è in concorrenza con i batteri “elettrochimicamente attivi” che devono essere presenti nella cella.

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Merchandaising Aziende: Plant-e Modular System Ogni modulo ha una superficie di 100 m^2 Alimenta un’illuminazione a LED o Hotspot WiFi isolamento termico e acustico Plant-e Tube System. Celle tubolari in corso di studi Doppio del rendimento di una normale cella

PMFC all’opera Due esempi di PMFCs applicate alla realtà: l’università di Wageningen e il Christian College Zeist (olanda) Attivazione di un modulo Plant-e Modular System  alimentazione di un hotspot wifi NB: nel CCF i moduli sono implantati sul tetto, fornendo anche isolamento termico e acustico

Pro e contro pro contro utilizzo di piante vive Compatibile con attività agricole Tecnologia sempre in corso di studio necessità di mantenere un ambiente anaerobico le piante non devono risentire dei depositi stagnanti e devono aver bisogno di molta acqua variazione di potenziale durante la giornata

Colleoni Pierangela Emanuela, 3A BA, A.S.:2014-2015