Os tratamentos tradicionais dos efluentes de processos industriais, ou seja, dos resíduos líquidos resultantes, ocorrem principalmente por meio da remoção de poluentes para, em seguida, despejá-los em cursos d’água. A busca por alternativas mais sustentáveis que essa, lançando mão de avanços tecnológicos, é o foco do trabalho de Vitor Cano, doutorando da Escola de Artes, Ciências e Humanidades (EACH) da USP. Mais do que tratar os resíduos, sua pesquisa pretende obter energia a partir deles.
Seu trabalho – desenvolvido em parte na Columbia University, em Nova York, Estados Unidos – é voltado para a concepção e operação de um sistema bioeletroquímico denominado Célula a Combustível Microbiana (CCM), conhecida na literatura internacional como microbial fuel cell.
Basicamente, trata-se de um reator biológico composto de bactérias capazes de consumir a matéria orgânica em sua respiração, mas com a diferença de que elas podem transferir os elétrons gerados no processo para fora da célula. Dessa forma, é possível capturar esses elétrons em um eletrodo, gerando assim uma corrente elétrica.
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“É uma tecnologia muito recente e promissora, pois permite a geração direta de eletricidade a partir de resíduos orgânicos, como efluentes industriais. Em outras palavras, é possível tratar efluentes industriais e, em vez de gastar energia, gerar eletricidade”, explica o estudante da pós-graduação em Sustentabilidade da EACH, que está no Departamento de Engenharia Ambiental da universidade norte-americana desde outubro de 2017, no grupo de pesquisa coordenado pelo professor Kartik Chandran.
O problema do nitrogênio
Segundo Vitor Cano, a etapa da pesquisa que ele realiza na Columbia University busca aprimorar ainda mais as possibilidades dessa tecnologia. “Estou adaptando a célula a combustível microbiana para usar não apenas a matéria orgânica como combustível, mas também o nitrogênio presente nas águas residuárias. Com isso, reduzimos a carga orgânica dos efluentes industriais e possibilitamos um novo método para o tratamento em termos de carga de nitrogênio, com a vantagem de gerar energia renovável.”
Assim, além de ser uma tecnologia promissora no tratamento de águas residuárias, protegendo a qualidade das águas superficiais e subterrâneas, o processo permitirá também o tratamento de águas residuárias com alta carga de nitrogênio, como lixiviados de aterro sanitário e efluentes industriais e agroindustriais. Mais a vantagem – nada desprezível – de se gerar energia ao final.
O pesquisador lembra que, atualmente, todos os processos conhecidos para o tratamento ou recuperação de nitrogênio apresentam um custo energético considerável, e por isso avalia a aplicação de um protótipo inovador de célula a combustível microbiana (CCM), concebido no laboratório de saneamento da EACH com materiais de baixo custo, para geração de energia utilizando a matéria orgânica e nitrogênio como combustíveis. “Eu trouxe praticamente todo o meu experimento comigo, o que inclui reatores biológicos e um sistema eletrônico de monitoramento on-line. Por conta da complexidade do experimento, a instalação em um novo ambiente foi um grande desafio para mim”, destaca ele. O aluno é orientando do professor Marcelo Antunes Nolasco e integra o Grupo de Estudo e Pesquisa em Água, Saneamento e Sustentabilidade, coordenado pelo mesmo professor na EACH. A construção dos reatores biológicos do projeto teve grande apoio técnico do especialista Kelliton Francisco, que trabalha no grupo de pesquisa do professor Nolasco.
Os resultados preliminares obtidos no Brasil demonstram a capacidade de tratamento e geração de energia do sistema. Os estudos realizados nos Estados Unidos ainda são muito preliminares, mas indicam a confirmação da possibilidade de utilização do nitrogênio como combustível na CCM. “No momento a CCM apresenta-se em fase de adaptação, com aumento contínuo da geração de corrente elétrica, o que pode estar associado ao desenvolvimento de uma comunidade microbiana eletrogênica capaz de utilizar o nitrogênio como fonte de energia”, avalia o cientista.
Vitor Cano retornará à EACH para executar a última fase experimental do projeto, na qual serão explorados outros processos bioeletroquímicos da célula a combustível microbiana. “Espero ampliar as possibilidades de aplicação da tecnologia, tornando-a mais versátil e, portanto, viável em escala real para diferentes contextos e objetivos.”
O doutorado está previsto para se encerrar em julho de 2019. Após defender a tese, Cano pretende seguir carreira acadêmica, atuando em projetos de pesquisa que desenvolvam estudos relacionados com saneamento e sustentabilidade.
