Este método baseia-se no uso de células a combustível microbianas que, com a ajuda de bactérias, transformam resíduos orgânicos em eletricidade, oferecendo-nos assim uma forma sustentável e de baixo custo de tratar águas residuais e produzir energia a partir de uma fonte abundante. Durante este estudo, os cientistas determinaram as concentrações de urina ótimas para este processo.
"Sabe-se que as células a combustível microbianas limpam as águas residuais e produzem eletricidade, mas ainda se desconhecem os efeitos precisos de diferentes concentrações de urina na sua função eletroquímica, na sua eficácia em eliminar poluentes e no comportamento das comunidades microbianas", explica Vijaya Raghavan, coautor do estudo e professor de engenharia de bio-recursos.
"Respondemos a estas questões examinando sistematicamente o efeito de diferentes proporções de urina no desempenho eletroquímico e biológico das células a combustível microbianas", acrescenta ele.
Segundo o professor Raghavan, este método poderia ser utilizado para fins de produção de energia limpa em contextos como o saneamento rural, acampamentos de socorro em desastres e comunidades isoladas. Além disso, como os seus sinais elétricos mudam em função dos níveis de poluição orgânica, as células a combustível microbianas também poderiam atuar como biossensores de baixo custo, permitindo-nos monitorar a qualidade das águas residuais sem necessidade de recorrer a equipamentos complexos.
Desempenho melhorado graças a concentrações de urina mais elevadas
A equipa de investigação construiu quatro células a combustível microbianas de dupla câmara e alimentou-as com misturas de águas residuais sintéticas e urina humana em concentrações de 20%, 50% e 75%. Em seguida, testou as células durante duas semanas, monitorando a produção de energia, a remoção de poluentes e o tratamento da água, e realizando testes eletroquímicos.
Verificou que concentrações de urina mais elevadas (de 50 a 75%) melhoravam a produção de eletricidade e que a urina fornecia nutrientes essenciais que favoreciam o crescimento dos micróbios.
"A urina contém iões e compostos orgânicos essenciais que permitem uma ativação microbiana rápida, o que melhora a produção de energia e a degradação dos poluentes", explica o professor Raghavan.
Todos os sistemas de células a combustível microbianas continham uma mistura de bactérias, mas os cientistas observaram que os gêneros Sediminibacterium e Comamonas eram dominantes. As bactérias do gênero Sediminibacterium estavam presentes em maior quantidade quando a urina representava 50% da mistura, enquanto as bactérias do gênero Comamonas eram mais frequentes em concentrações de urina superiores (75%).
Como estes microrganismos contribuem para a degradação de poluentes orgânicos e para a transferência de eletrões nas células a combustível, as mudanças relativas aos gêneros dominantes poderiam explicar as diferenças na quantidade de eletricidade produzida pelos sistemas, acreditam os cientistas. Esta constatação revela, ainda, que a quantidade de urina adicionada influencia fortemente os tipos de microrganismos que se desenvolvem e a eficiência do sistema, acrescentam eles.
Para o professor Raghavan, estes resultados representam um passo importante rumo a uma economia circular melhorada.
"A utilização da urina como recurso favorece o saneamento sustentável e a recuperação de nutrientes, reduzindo assim a pressão sobre os sistemas de água doce", conclui ele.