Power output optimization for microbial fuel cells powered by urine

In the field of power generation through fuel cells, a new variant has been establishing itself during the last decade: the Microbial Fuel Cells. This biological version of fuel cell offers the advantage of producing energy through direct oxidation of organic matter. Within this dissertation the physical aspects of power generation through urine will be analysed: in particular the cathode needs of hydration, the relationship between power and feeding flow rate, the relationship between organic matter consumption and loads, the filtration of struvite, and finally the individuation of stack configurations for power production. Experiments allowed defining design improvements at cathode side, to find out the optimal feeding rate and also, to validate or not the method utilized for carbon consumption measurements. The study concluded with a practical utilization of MFCs stack as a power generator for a small pump or as temperature sensors.

Nel campo della generazione di potenza attraverso fuel cell, una nuova variante è andata sempre più crescendo negli ultimi decenni: le Microbial Fuel Cells. Questa versione biologica di fuel cell si propone di produrre energia attraverso ossidazione diretta di materiale organico. Attraverso questa trattazione, gli aspetti fisici della generazione di potenza tramite MFC ad urina saranno analizzati: in particolare la condizione del catodo e la sua necessità d’idratazione, la dipendenza della potenza emessa dalla portata di alimentazione, i consumi di materia organica a diversi livelli di carico imposto, fino al problema dei sedimenti accumulatisi e allo studio di configurazioni ottimali per il funzionamento di utilizzatori low-power. Grazie ad esperimenti dedicati, è stato possibile pervenire a modificazioni efficaci del design del volume del catodo, all’individuazione della velocità ottimale di alimentazione dello stack, a incrementi di potenza, alla invalidazione di un metodo di misura (COD) per la valutazione della materia organica consumata. L’esperienza termina con l’applicazione pratica di MFC nell’alimentazione di una pompa idraulica o nell’utilizzo delle stesse come sensore di temperatura.