Developing Energy Harvest Efficient Strategies with Microbial Fuel Cells

Nowadays, thinking of energetic efficiency is to determine how to decrease consumption and to reuse resources. This is a major concern when addressing hydric resources. The consumption of drinking water is seeing an unaffordable growth and, although most of it is replenished to the environment, the water quality is affected by pollutants and impurities. As such, using wastewater, a by-product of our routine and way of life, as resource is an asset. Even more when thinking about the heightened energy costs of a wastewater treatment station. The hypotheses of this work show how to achieve this goal by using microbial fuel cells. The organic composition of this water increases its energy production potential, where the bacterial metabolism can be used to, simultaneously, produce energy and help to clean the water. This document is divided in 5 chapters. The strategic positioning of the theme happens in chapter 1. Chapter 2 explains how the main elements of microbial fuel cell technology can work and determine its operation. In chapter 3, the power management systems used with microbial fuel cells are presented and discussed, with the identification of optimization strategies. The second-to-last chapter corresponds to the experimental results discussion and validation, while focusing improved energy production efficiencies. The outputs of this chapter pilot the future work analysis on chapter 5, together with the main conclusions and research trends. The validity and usefulness of this work is cleared with an application example.Pensar em economia energética é, hoje, considerar soluções para a redução de consumo e reutilização de recursos. Esta preocupação é importante ao examinar a utilização dos recursos hídricos. O consumo de água potável está a crescer insustentavelmente e, apesar de grande parte desse consumo ser restituído ao meio ambiente, a qualidade da água é afetada por poluentes ou impurezas. A utilização de água residual, um produto da nossa rotina e qualidade de vida, como um recurso é, por isso, uma mais valia. É ainda mais evidente ao considerar os elevados consumos energéticos de uma estação de tratamento de água residual. As hipóteses abordadas neste trabalho mostram como é possível atingir este objetivo usando células microbianas de combustível. A composição orgânica desta água faz com que o seu potencial energético possa ser explorado, usando o metabolismo bacteriano para produzir energia e, simultaneamente, auxiliar na limpeza da água. Este documento está dividido em 5 capítulos. O posicionamento do tema ocorre no capítulo 1. O capítulo 2 observa os principais elementos da tecnologia das células microbianas de combustível, permitindo compreender o seu funcionamento e conhecer que variáveis afetam o seu funcionamento. No capítulo 3 são apresentadas as tipologias de abordagem à gestão energética para esta pilha bacteriológica, discutindo-se as vantagens e otimizações de cada sistema. O penúltimo capítulo corresponde à exploração de resultados experimentais e à validação de hipóteses, orientadas para a maior eficiência energética. Surgem assim recomendações que servirão para guiar os trabalhos futuros, discutidos no capítulo final. Este, o capítulo 5, conta ainda com a apresentação das principais conclusões e das tendências de pesquisa. O trabalho termina com um exemplo de aplicação que solidifica a validade e utilidade da aplicação desta tecnologia