j) Actividad de difusión
Por Tomás Dávalos
Aguascalientes, Aguascalientes. 1 de marzo de 2017 (Agencia Informativa Conacyt).- Sathish-Kumar Kamaraj, profesor investigador del Departamento de Ingeniera en Energía de la Universidad Politécnica de Aguascalientes (UPA), encabeza un proyecto de generación de energía sustentable denominado Celda de combustible microbiana con electrodo de grafito y madera con núcleo de membrana para aplicación de tratamiento de aguas residuales.
“Con este proyecto de celdas de combustible microbiano se pueden lograr dos cosas: una, limpiar los residuos orgánicos, en este caso, de las aguas residuales; y al mismo tiempo, generar electricidad”, explicó Sathish-Kumar Kamaraj en entrevista para la Agencia Informativa Conacyt.
Aclaró que el agua sucia contiene materia orgánica y bacterias, el proceso de tratamiento comienza cuando estas últimas comienzan a degradar la materia orgánica. Al hacer esto, la energía eléctrica se genera directamente y es capturada por un electrodo sumergido en el agua residual que actúa como ánodo.
“Durante este proceso, las bacterias forman un biofilm en los electrodos superficiales, esto ayuda a limpiar el material orgánico presente en el agua sucia, reduce la carga orgánica y cuando esto sucede está generando energía eléctrica directamente con la ayuda de la actividad del biocatalizador”, señaló.
Todo el material orgánico contenido en las celdas de combustible microbianas aumenta el voltaje directamente en relación con el crecimiento de la biopelícula y la carga de los materiales orgánicos, después de un cierto periodo la disminución de la tensión indica la reducción de los materiales orgánicos en el agua. Una vez completada la operación, se inicia de nuevo el agua residual para alimentar las celdas de combustible microbianas, aumentando el voltaje hasta que el crecimiento del biofilm sea viable en la superficie del electrodo anódico.
“Nuestro grupo inició los primeros experimentos de este proyecto con 110 mililitros de aguas residuales, y luego hemos estado aumentando, ahora conseguimos 10 litros. Una vez conectados, la serie de las células de combustible microbiano generan 4.8 voltios, con la ayuda de esa energía somos capaces de alimentar una lámpara led y los relojes digitales”, destacó.
Planta tratadora de aguas autónoma
Sathish Kumar Kamaraj.
En el futuro, esta tecnología podría escalarse para adaptarse a una planta de tratamiento de aguas residuales, esta tendría la posibilidad de generar su propia energía porque actualmente tienen un alto consumo. Por ejemplo: en Aguascalientes se estima que entre cuatro y cinco por ciento de la energía eléctrica se utiliza para el tratamiento del agua sucia, pero la implementación de estas celdas de combustible microbiano disminuiría ese porcentaje.
"El agua, con este proceso de celdas de combustible microbiano, solo logra reducir la carga de materia orgánica, pero después de este proceso podría requerir otro tratamiento para matar las bacterias y entonces poder utilizarse para el riego de plantas ", apuntó.
Una innovación de este proyecto es el uso de la madera como una membrana con núcleo de grafito como un electrodo, que es un material muy barato, aunque este año también han comenzado las pruebas con tubería de arcilla. Por otro lado, como catalizador del cátodo se utilizan baterías de desecho, para ello se abren, se extrae con cuidado el carbono que se encuentra dentro, y este es adherido a la malla de acero inoxidable que cubre la parte superior de la superficie de madera.
"Por lo general, todas las celdas de combustible microbiano ocupan un material muy costoso, como el platino y el paladio, por ejemplo, son materiales que en el caso del gasto requerido para la inversión son muy caros, pero en nuestro caso utilizamos materiales alternativos, como madera activada y el tubo de barro como membrana ", subrayó.
Por último, el profesor investigador de la UPA dijo que la célula de combustible microbiana con electrodo de núcleo de grafito integrado de madera para la aplicación de tratamiento de aguas residuales está en proceso de registro de la patente en el Instituto Mexicano de la Propiedad Industrial (IMPI).
Esta obra cuyo autor es Agencia Informativa Conacyt está bajo una licencia de Reconocimiento 4.0 Internacional de Creative Commons
Por Tomás Dávalos
Aguascalientes, Aguascalientes. 31 de mayo de 2016 (Agencia Informativa Conacyt).- Kamaraj Sathish Kumar, profesor investigador de la Universidad Politécnica de Aguascalientes (UPA), trabaja en un proyecto que tiene por objetivo aprovechar la energía que producen las plantas durante su crecimiento, estudio que inició hace un año y lleva por nombre Celda de combustible microbiana basada en plantas.
En entrevista con la Agencia Informativa Conacyt, detalló que “una celda de combustible es un dispositivo que realiza una reacción electroquímica entre un combustible y el oxígeno u otro agente oxidante. Las celdas de combustible microbianas son similares, tienen dos electrodos conectados a través de un cable eléctrico, con la diferencia de que se utilizan en exclusiva sustratos orgánicos como combustible”.
Destacó que la conformación de la celda microbiana que desarrolla en su investigación es la siguiente: de un lado lleva un ánodo, el cual cuando se oxida la materia orgánica liberando electrones y protones, los primeros fluyen hacia el cátodo, a través de la producción de corriente eléctrica del circuito eléctrico externo; en el cátodo, el oxígeno reacciona con los electrones y protones que producen agua.
“Se coloca un electrodo llamado ánodo cerca de las raíces de la planta, el cual captura la energía que se produce durante la fotosíntesis, mientras que en la parte superior se coloca otro electrodo llamado cátodo. Ambos se conectan, generándose así la electricidad de forma directa”.
El también doctor en nanociencia y nanotecnología por el Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav) indicó que en la actualidad el proyecto se encuentra en una fase experimental con una planta llamada trepadora (Philodendron scandens) y con pasto (Cynodon dactylon), los cuales se seleccionaron porque son muy comunes en los hogares; dicha tecnología en teoría se podría aplicar con cualquier otro tipo de planta.
“En el proyecto se han utilizado materiales muy simples, como arcilla roja, bambú, madera suave y papel biodegradable, cuando en otro tipo de celdas se emplean materiales metales nobles como el platino y paladio, los cuales resultan ser muy onerosos. También se están utilizado residuos de pilas usadas para aprovecharlos como catalizador, el cual se extrae y mediante un tratamiento químico se posibilita usarlo en las celdas”.
Refirió que en las pruebas de laboratorio que se han realizado estas celdas microbianas ya han logrado generar electricidad, cada celda está produciendo un voltaje de aproximadamente 550 milivoltios, con los cuales se han podido alimentar dispositivos electrónicos pequeños, como relojes digitales o una lámpara LED. Añadió que la potencia se puede incrementar conectando muchas celdas en serie.
Asimismo, comentó que “en la actualidad toda la energía que se genera con las celdas microbianas se está yendo a corriente directa, por lo que ya analizan cómo almacenarla para poder aprovecharla en una siguiente etapa, para lo cual alumnos de las ingenierías en energía y mecatrónica de la UPA se encuentran desarrollando dispositivos que son similares a una pila para poder almacenarla y posteriormente emplearla en diferentes usos, como pudiera ser cargar la pila de teléfonos celulares”.
Finalmente, Sathish Kumar refirió que se ha dedicado al desarrollo de una línea de investigación en torno a las celdas de combustible microbiano por ocho años, esto con el propósito de desarrollar celdas económicas y sustentables, aprovechando los recursos naturales, para lo cual ha experimentado con diferente tipo de materiales.
Energía verde
Por su parte, Juan Fernando Aguirre Sámano, director del Programa Académico de Ingeniería en Energía de la UPA, apuntó que dentro del alcance del proyecto Celda de combustible microbiana basada en plantas se busca generar energía nueva, más económica y sustentable, por lo cual se han empleado materiales orgánicos que son biodegradables, esto para que el día de mañana no queden residuos que contaminen el ambiente.
Al respecto, reconoció que “existe otro tipo de desarrollos similares, pero son muy caros y no son sustentables, mientras que el enfoque del proyecto del doctor Sathish Kumar es la sustentabilidad, y si bien las celdas microbianas que se han desarrollado se encuentran en un nivel prototipo, posteriormente se piensan escalar, generar mayores áreas, amperaje y voltaje, se va a analizar cómo se van a hacer esos arreglos, lo cual se espera lograr en dos años”.
Expresó que la perspectiva mundial en el desarrollo de esta tecnología se encuentra en etapa de prototipos. En Europa se está trabajando en el Instituto Holandés de Ecología (NIOO-KNAW) en el desarrollo de prototipos para alimentar pequeños dispositivos electrónicos.
“(Mientras que) en México solo investigadores de la UPA cuentan actualmente con desarrollos tecnológicos innovadores, a nivel prototipo, que toman como plataforma las celdas de combustible microbianas a base de plantas, con lo que se pueden alimentar dispositivos electrónicos. Curiosamente, nuestro diseño es simple, efectivo, escalable y puede utilizar cualquier tipo de planta”.
Estimó que en el largo plazo este estudio podría incidir en optimizar el alumbrado público, en particular el que se ubica en los camellones, para que las áreas verdes sean equipadas con celdas que generen su propia electricidad y así poder alimentar las luminarias que se encuentran en las cercanías.
Para concluir, Aguirre Sámano consideró que esta tecnología también se podría escalar e instalarse en las casas que cuenten con jardín, en las cuales se podrían colocar celdas microbianas que generen electricidad para abastecer de energía algunos sectores de la vivienda.
Kamaraj Sathish Kumar
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Entrevistas televisivas:-
Periódico:-
En registro de patente, investigaciones de la UPA para producir electricidad con aguas residuales
El doctor Sathish Kumar Kamaraj y el alumno Ángel Rodrigo Montes Ochoa trabajan en dichas investigaciones
Dos proyectos de investigación sobre generación de energía verde que se desarrollan en la Universidad Politécnica de Aguascalientes y en los que trabaja el doctor Sathish Kumar Kamaraj, profesor investigador de la Institución, con el apoyo del alumno Ángel Rodrigo Montes, de ingeniería en Energía, se encuentran con solicitud de registro de patente ante el Instituto Mexicano de la Propiedad Industrial (IMPI).
Las investigaciones que se encuentran en proceso de registro son: Celda de combustible microbiana con electrodo de madera con núcleo de grafito para aplicación de tratamiento de aguas residuales y Negro de humo de hollín de alcanfort como soporte de catalizadores para la generación de energía; una vez revisados y validados los requerimientos de ambas solicitudes por parte del IMPI en todo el mundo, se le asigna la patente.
La primera corresponde al diseño y desarrollo de una celda de combustible microbiano para la limpieza de aguas residuales y que durante este proceso permite también la generación de energía eléctrica con el aprovechamiento de las bacterias existentes dentro del agua, utilizando un electrodo de madera con grafito, lo que hace posible una disminución considerable en el costo de las celdas.
La segunda solicitud de patente consiste en el desarrollo de un fijador de catalizador a base de hollín de alcanfort, este material podría sustituir al platino y carbón que son sumamente contaminantes, reduciendo su costo e impacto ambiental en el uso de catalizadores para la generación de energía.
El rector de la UPA Eulogio Monreal Ávila, comentó que en la Universidad se trabaja en la construcción y consolidación de un ecosistema académico que sea capaz de promover el desarrollo de la ciencia y la innovación entre todos los miembros de la comunidad universitaria, dando como resultado el que los alumnos se involucren en la generación del conocimiento mediante el trabajo de investigación.
Finalmente, el rector resaltó que existen cuatro proyectos más que se están trabajando con el apoyo de alumnos e investigadores del cuerpo académico de Energías Renovables, Alternativas y Sustentabilidad, con el objetivo de aportar nuevas tecnologías y acciones favorables en pro del medio ambiente.
Con información de la UPA
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presencianoticias
Por Presencia Noticias - 19 marzo, 2017 en Tecnociencia
Kamaraj Sathish Kumar, profesor de la Universidad Politécnica de Aguascalientes, asegura que el proyecto es económico
Kamaraj Sathish Kumar, profesor investigador de la Universidad Politécnica de Aguascalientes, creó una celda de combustible microbiana con la que a través de bacterias se limpia el agua y al mismo tiempo se genera energía eléctrica
Con esta celda se puede limpiar el agua y al mismo tiempo se puede generar energía eléctrica. Generalmente el agua sucia trae mucho material orgánico y ahí vive la bacteria, que se mete a material orgánico, con este proceso nosotros generamos energía”.
El proceso inicia cuando las bacterias empiezan a degradar la materia orgánica, por lo que la energía eléctrica se genera de forma directa y es capturada por un electrodo sumergido en el agua residual, que actúa como ánodo; de acuerdo con María Catalina Vega, alumna del décimo cuatrimestre de ingeniería en Energía, en el proyecto se buscaron los materiales ideales y económicos para la investigación.
Se empieza desde la investigación de los materiales, hay qué hacer una análisis sobre qué material se va a utilizar en la celda y que sea adecuado; ya les comentaba el doctor Sathish que lo que tratamos de innovar, es economizar en los materiales, principalmente en la membrana de intercambio iónico”.
El material orgánico contenido en las celdas de combustible microbianas aumenta el voltaje de forma directa en relación con el crecimiento de la biopelicula. En este sentido, el investigador explicó que con el voltaje generado en la celda se logró encender una led y relojes digitales.
Este voltaje se puede aplicar en algo pequeño electrónico, en el caso de nosotros, ahorita se puede lograr con un prototipo, se puede encender una led y también se pueden prender algunos relojes digitales“.
El proyecto contribuye con el medio ambiente en todos los aspectos, dado que se utilizan materiales reciclables.
El costo de la celda ecológica es sumamente accesible por los materiales que se utilizan a comparación de otro tipo de celdas similares
En el caso de la de nosotros se puede preparar las celdas casi 50 dólares muy económico“.
El proyecto a gran escala se podría implementar en plantas de tratamiento de aguas residuales para generar energía.
Con información de Excelsior.