PLANT-MFC: L’ENERGIA IN
GIARDINO
NUTRIRE IL PIANETA CON LE ENERGIE RINNOVABILI
prefazione
Aumentare le aree coltivate per nutrire tutti i popoli e produrre energia
elettrica al contempo per lo sviluppo della società. Grazie ai nuovi studi ad
opera di università e centri di ricerca di tutto il mondo (Italia compresa), si
riesce già oggi a produrre energia elettrica grazie ai batteri del suolo che si
nutrono dei prodotti in eccesso della fotosintesi. Un binomio vincente,
nutrimento-energia fruibile, che può essere l’incentivo adatto per convincere
multinazionali e governi di tutto il mondo ad aumentare le aree dedite alla
coltivazione ad uso alimentare.
Introduzione alle MFC (Microbial Fuel
Cell)

BESs (bioelectrochemical systems) per la produzione di
energia elettrica basata sull’utilizzo di substrati organici
come fonte energetica.

La classificazione delle MFCs è basata sul tipo di
microorganismi utilizzati come catalizzatori, e sulla natura
microbiotica degli stessi. Ad oggi si suddividono in 4 classi:

Plant MFC (Plant Microbial Fuel Cell) o Vascular plant
Biophotovoltaics (VP-BPV)

Complex photo MFC (Complex Photosynthetic Microbial Fuel
Cell)

Photo MFC (Photosynthetic Microbial Fuel Cell)

BPV (Biophotovoltaic System)
Introduzione ai BPVs (biophovoltaic
systems)

I BPVs sono variazioni delle microbial
fuel cells che producono energia
grazie agli elettroni generati dalle
attività di respirazione e fotosintesi di
alcuni microorganismi fotosintetici
(alghe e cianobatteri).

Ogni modulo di BPV è costituito da tre
camere contenenti due elettrodi
separati da una membrana
Introduzione ai BPVs (biophovoltaic
systems)

Le alghe / i cianobatteri presenti nella
camera compiono la fotosintesi. Gli
elettroni che si liberano vengono
attratti dall’anodo e durante il loro
trasferimento verso il catodo
producono energia elettrica. Una
volta giunti nella camera catodica,
reagiscono con l’ossigeno immesso e
con i protoni; il prodotto risultante è
l’acqua, che viene poi tolta dalla
cella.
PLANT-MFC (PLANT MICROBIAL
FUEL CELL) O VASCULAR PLANT
BIOPHOTOVOLTAICS (VP-BPV)
Processo
fotosintesi
Rizodeposizione di
essudati e materia
organica
I microorganismi si
nutrono dei depositi
Gli elettroni vengono
indirizzati in un circuito
che porta dall’anodo al
catodo e producono
corrente elettrica
Nella camera catodica
gli elettroni reagiscono
con un catalizzatore
Produzione di acqua
Liberazione degli
elettroni in seguito alla
catabolizzazione degli
zuccheri
rizodeposizione

compito principale delle radici è
quello di ancorare la pianta al terreno
e assorbire da esso i nutrienti necessari

Rizodeposizione: rilascio di sostanze
organiche e inorganiche nella
rizosfera da parte delle radici

i depositi organici forniscono il 30%40% dei nutrienti presenti nel suolo
Struttura (1): camera anodica

Struttura: camera anodica +
membrana di PSU + camera catodica

Camera anodica: contiene l’anodo.
La pianta cresce all’interno di questa
camera, dove vengono rilasciati gli
elettroni che verranno attratti
dall’elettrodo in questione.

L’anodo è costituito di fibra di carbonio

La camera è un ambiente anaerobico
Struttura (2): membrana di PSU e
camera catodica

Membrana di PSU; membrana che
permette il passaggio dei soli protoni
da un compartimento all’altro, per
consentire il processo di ossidazione

PSU: polietersolfone; termoplastica
resistente e atossica

Camera catodica: contenente il
catodo. Gli elettroni arrivati
reagiscono con un catalizzatore
chimico e producono acqua o
esacianoferrato (II) di potassio

Il catodo è costituito di acciaio
inossidabile

Catodo immerso in una soluzione di
esacianoferrato (III) di potassio
Variazione produzione energia

Durante il giorno e durante la notte la
produzione di energia elettrica in loco
è continua, ma non costante.

Cause delle variazioni: temperatura,
composizione degli essudati (pH, O2,
CO2), competizione tra gruppi
batterici …
misurazioni del potenziale delle celle di due plant-mfc, coltivate una con phalaris
arundinacea (linea scura) e una con glyceria maxima (linea chiara).
temperatura

Gli effetti della variazione di
temperatura influiscono sulla flora
microbica. Uno dei motivi per cui la
produzione di energia elettrica
durante il giorno non raggiunge le
aspettative, e mantiene un
andamento oscillante, è che intorno
ai 24°C si registra un aumento di
presenza dei batteri mesofili. Questa
tipologia di microrganismi è in
concorrenza con i batteri
“elettrochimicamente attivi” che
devono essere presenti nella cella.
Merchandaising

Prodotti kit fai-da-te per lo studio e
l’utilizzo della tecnologia PMFC

Scuole: DIY-Box.


25 Plant-MFCs, ad esclusione delle
piante

lampadina LED
Privati: DIY- at home

25 Plant-MFCs, ad esclusione delle
piante

Orologio digitale
Merchandaising


Aziende: Plant-e Modular System

Ogni modulo ha una superficie di 100 m^2

Alimenta un’illuminazione a LED o Hotspot
WiFi

isolamento termico e acustico
Plant-e Tube System. Celle tubolari in
corso di studi

Doppio del rendimento di una normale
cella
PMFC all’opera

Due esempi di PMFCs applicate alla
realtà: l’università di Wageningen e il
Christian College Zeist (olanda)

Attivazione di un modulo Plant-e
Modular System  alimentazione di un
hotspot wifi

NB: nel CCF i moduli sono implantati sul
tetto, fornendo anche isolamento
termico e acustico
Pro e contro
pro

utilizzo di piante vive

Compatibile con attività agricole

Tecnologia sempre in corso di studio
contro

necessità di mantenere un ambiente
anaerobico

le piante non devono risentire dei
depositi stagnanti e devono aver
bisogno di molta acqua

variazione di potenziale durante la
giornata
Colleoni Pierangela Emanuela, 3A BA, A.S.:2014-2015