The performance of microbial fuel cell systems with different electron acceptors

Bio-Electrochemical System (BES), which uses the activities of microorganisms as catalyst for the oxidation-reduction in order to produce the flow of electrons, is used to evaluate the performance of different electron acceptors (e.g. oxygen, nitrate and sulfate) at the cathode. Using the principles of BES, the work was mainly divided into two parts. In the initial phase, biofilm was developed on the anode of a microbial fuel cell (MFC), using acetate as an organic substrate and oxygen as a final electron acceptor. Then the performance of the bioanode was evaluated in the reduction of several electron acceptors (O2, NO3- and SO42-) in three MFCs. System performance was assessed in term of current density, the coulombic efficiency as well as the rate of reduction of the final electron acceptors. The electroactive capacity of anodic biofilm was demonstrated by the production of an electrical signal correlated to the bacterial oxidation of the available substrate. The production of an electrical current by the electroactive biofilm is also linked to the availability of a final electron acceptor and its reduction potential.

I sistemi bioelettrochimici (BES) utilizzano l’attività di microrganismi elettroattivi per catalizzare reazioni di ossido-riduzione in prossimità di elettrodi. In questo elaborato i BES sono stati utilizzati per valutare le prestazioni di diversi accettori di elettroni (ossigeno, nitrato e solfato) al catodo. Utilizzando le diverse potenzialità dei BES, il lavoro è stato diviso in due parti: nella fase iniziale si è sviluppato biofilm sull’anodo di una cella a combustibile microbico (MFC), utilizzando acetato come substrato organico e ossigeno come accettore finale di elettroni; in secondo luogo, si sono valutate le prestazioni del bioanodo nella riduzione di diversi accettori di elettroni (O2, NO3- e SO42-) in tre MFC. Le prestazioni dei sistemi sono state valutate in termini di densità di corrente, efficienza coulombica e riduzione degli accettori finali di elettroni. La capacità elettroattiva del biofilm anodico è stata dimostrata dalla produzione di un segnale elettrico correlabile all’ossidazione batterica dell’acetato disponibile. La produzione di un segnale elettrico da parte del biofilm elettroattivo è legata alla disponibilità di un accettore finale di elettroni e al suo potenziale.