LA1.1.28 – Sviluppo di tecnologie di celle elettrolitiche per la produzione di idrogeno dalla conversione dei sottoprodotti della fermentazione in un processo a cascata

Attività

Le celle di elettrolisi microbica (MEC) sono una tecnologia innovativa che permette, con l’ausilio di un piccolo input di energia elettrica, di combinare la valorizzazione di matrici organiche di scarto con la produzione di idrogeno verde (bioH₂). In particolare, le MEC offrono un approccio sinergico per recuperare energia dai metaboliti solubili sottoprodotti della Dark Fermentation (DF), secondo il concetto di bioraffineria.

In generale, le MEC sono costituite da due camere separate da una membrana a scambio ionico: l’anodo e il catodo. All’anodo della MEC, batteri, denominati esoelettrogeni, ossidano un substrato organico utilizzando l’ elettrodo come accettore finale di elettroni. Mediante l’applicazione di un potenziale elettrico è possibile utilizzare al catodo gli elettroni prodotti per la riduzione dei protoni ad H₂. Grazie all’energia chimica contenuta nei substrati organici, una MEC consente di produrre idrogeno elettrolitico applicando una tensione teoricamente fino a 10 volte inferiore rispetto all’elettrolisi dell’acqua (+0.18 vs +1.23 V considerando l’ossidazione dell’ac. acetico).

Tale tecnologia permette il recupero di H₂ verde puro nella camera catodica a partire dalla valorizzazione di matrici organiche di scarto nella camera anodica.

Attività e Risultati

• Allestimento della piattaforma sperimentale bioelettrochimica;
• Realizzazione su scala di laboratorio di un prototipo di MEC planare a doppia camera operata in continuo;
• Studio dell’arricchimento di comunità microbiche anodiche su un substrato modello, quale l’acetato;
• Selezione ed arricchimento di comunità microbiche anodiche sull’effluente della fermentazione (DF);
• Studio dell’effetto dei parametri sperimentali della MEC, quali il Carico Organico applicato (OLR), sulla produzione di bioH₂ →  Sono stati investigati 2 valori di OLR: O.5 g_COD/Ld (Marcia1) e 2.0 g_COD/Ld (Marcia2). Nella  Marcia2, è stato ottenuto il recupero totale degli elettroni (Fig1) sotto forma di H₂ in quanto l’Efficienza di Conversione Catodica (CCE%) è prossima al 100% (Fig.2).
• Valorizzazione dei sottoprodotti della DF tramite MEC in relazione alla composizione degli effluenti:

      → Elevate capacità di rimozione di acidi organici carbossilici, sottoprodotti della DF, recuperati come bioH_2.

In collaborazione con:

Università degli Studi Federico II, Napoli

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