O que é uma célula de biocombustível?

Uma célula de biocombustível é um dispositivo que usa materiais biológicos para gerar eletricidade de maneira direta através de reações redox. Isso contrasta com o uso convencional de biocombustíveis para gerar eletricidade a partir do calor fornecido pela combustão do material. O princípio por trás da tecnologia de células de biocombustível é imitar vários processos naturais que são usados ​​para produzir energia dentro dos organismos vivos. Em alguns casos, as bactérias podem desempenhar um papel nessas células de combustível. Em 2011, as células de biocombustível mostram potencial como fonte de energia alternativa e em várias aplicações médicas e de bioengenharia. As enzimas facilitam as reações, nas quais os carboidratos são convertidos em dióxido de carbono e água pela remoção de elétrons, que são então armazenados nas moléculas de adenosina trifosfato (ATP). Em uma célula de biocombustível, os elétrons produzidos pela oxidação de m orgânicoOlecules - geralmente carboidratos, como nos organismos vivos - são usados ​​para gerar uma corrente elétrica. A idéia de usar esses processos biológicos para gerar eletricidade existe desde a década de 1960, mas as tentativas iniciais de construir uma célula prática e trabalhadora de biocombustíveis encontraram dificuldades.

Uma célula de biocombustível normalmente consiste em um recipiente dividido em duas seções por uma barreira permeável. Em uma seção, a oxidação de um carboidrato - por exemplo, glicose - fornece elétrons. Na outra seção, ocorre uma reação de redução, que usa esses elétrons. Ao conectar os dois eletrodos, uma corrente pode ser feita do eletrodo na seção de oxidação - o ânodo - ao eletrodo na seção de redução - o cátodo.

Um dos maiores problemas práticos que dificultam o desenvolvimento de células de biocombustível tem sido encontrar um efficiOST de colocar os elétrons liberados do carboidrato no ânodo. Os elétrons são inicialmente armazenados na enzima oxidante e, no processo natural, seriam quimicamente transferidos para moléculas de ATP. Existem dois métodos possíveis de extrair elétrons da enzima para o ânodo em uma célula de biocombustível.

No método Direct Electron Transfer (Det), a enzima precisa ser ligada no ânodo. Isso pode ser feito quimicamente ou por outros métodos, como a construção do ânodo a partir de uma malha de nanotubos de carbono nos quais a enzima é adsorvida. Esses métodos resultam em atividade reduzida na enzima e na conseqüente perda de eficiência, mas isso é, no momento da redação, uma área de pesquisa em andamento e técnicas aprimoradas podem ser desenvolvidas.

O outro método de transferência de elétrons é conhecido como transferência de elétrons mediada (MET). Isso não exige que a enzima esteja em contato com o ânodo; Em vez disso, os elétrons são passados ​​para outra molécula com um menor redox pOtencial, que então desiste dos elétrons no ânodo. Este composto, conhecido como mediador, também deve ter um potencial redox mais alto que o ânodo. Este passo extra envolve uma perda de energia e, portanto, a célula de combustível é, na prática, menos eficiente do que poderia ser em teoria.

As células de biocombustível são uma área de pesquisa ativa e várias soluções possíveis para esses problemas estão sendo investigadas. Entre as possibilidades está o uso de bactérias em células de combustível microbianas. As bactérias reduzidas de ferro que vivem em condições anaeróbicas mostram promessas específicas, pois naturalmente reduzem o ferro em seu estado de oxidação +3 ao seu estado de oxidação +2. O ferro pode desistir de um elétron no ânodo, retornando ao seu estado +3 e agindo como uma molécula de mediador natural transferindo elétrons das bactérias para o ânodo.

As principais vantagens das células de biocombustível são que elas não são poluentes, não requerem catalisadores caros e usam matérias-primas comuns, baratas e facilmente renováveis. O principal diSadvantagens das células de biocombustível é sua ineficiência e baixa potência. Em 2011, no entanto, há esperanças de que esses problemas possam ser superados, abrindo uma nova gama de possibilidades. Isso inclui não apenas energia barata, limpa e renovável, mas também a perspectiva de células de biocombustível implantadas, funcionando em substâncias produzidas pelo corpo, sendo usadas para alimentar dispositivos médicos como marcapassos.