Estoy haciendo un experimento de la feria de ciencias sobre las células de combustible microbianas y me preguntaba cómo funcionan exactamente.
Sé lo básico, que funcionan de manera similar a una celda de combustible normal a través de la oxidación y la reducción, pero todavía estoy un poco confuso en todos los detalles.
Una celda de combustible microbiana (MFC) es una celda electroquímica que convierte la química en energía eléctrica, y en el que uno de redox en medio de reacción es catalizada por las enzimas de los microorganismos. La celda de combustible consta de un ánodo y el cátodo compartimentos separados por una membrana que sólo es permeable para determinados cationes. En el ánodo, bioorgánica de combustible se oxida a $\ce{CO2}$$\ce{H3O+}$. La ganó el flujo de electrones desde el ánodo a través de una externa del circuito eléctrico hacia el cátodo, donde se consumen junto con los protones a través de la reducción de $\ce{O2}$$\ce{H2O}$. El $\ce{H3O+}$ iones son transferidos desde el ánodo hacia el cátodo compartimiento a través de la membrana.
El combustible es un medio rico en nutrientes que pueden ser degradados por oxidación por los microbios, como, por ejemplo, los azúcares (en la siguiente fórmula, $\ce{C12H22O11}$ stands para una variedad de disacáridos):
$$\ce{C12H22O11 + 13H2O -> 12CO2 + 48H+ + 48e-}$$
Los electrones de este medio de reacción son transferidos directamente al ánodo (mediador libre de MFC) o a través de un mediador (mediador (MFC), que se integra en la cadena de transporte de electrones de la célula y transfiere los electrones al ánodo por el paso de la membrana celular. El mediador gana y pierde electrones en cada ciclo de transporte, y cambia entre su forma reducida (cargados con los electrones de la célula) y la forma oxidada (ha dado electrones en el ánodo).
El esquema de abajo (fuente de la imagen: MFCGuy2010/Wikimedia Commons) muestra una MFC que utiliza el suelo como biocombustible. Los nutrientes de la tierra, como el ácido acético, se oxidan por los microbios en el anódica de la biopelícula a$\ce{CO2}$$\ce{H3O+}$. Los protones luego son consumidos en la reducción del suministro de oxígeno en el cátodo, y el flujo de electrones a través del circuito externo de ánodo a cátodo. En este caso, el suelo actúa simultáneamente como medio nutriente y membrana de intercambio de protones.
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