Produção de eletricidade em células de combustível microbianas com plantas - um novo serviço de ecossistemas das infraestruturas verdes

Abstract

A instalação de infraestruturas verdes para a adaptação dos meios urbanos e periurbanos às alterações climáticas e aos padrões meteorológicos pode aumentar a resiliência dos edifícios e do território. Tanto as coberturas verdes como os telhados verdes são um exemplo de uma abordagem de adaptação para reforçar a capacidade de lidar com as mudanças climáticas, bem como uma forma de aproveitamento das águas pluviais. A associação destas infraestruturas verdes a células de combustível microbianas (MFCs) constitui uma Solução de Base Natural para a produção de eletricidade. As MFCs são uma fonte alternativa de produção de energia renovável, através da oxidação de matéria orgânica por microrganismos, gerando corrente elétrica. Neste contexto, o presente estudo focou-se, por um lado, na avaliação do impacto do jardim vertical instalado na Escola Superior Agrária do IPVC (ESA-IPVC) no efeito de ilha de calor através da recolha e análise de imagens termográficas e, por outro lado, na avaliação do potencial de produção de eletricidade por células de combustível microbianas associadas a plantas (PMFC) existentes nesta infraestrutura verde. As plantas selecionadas para este estudo foram a Mentha pulegium e a Mentha piperita, que são plantas aromáticas, medicinais e condimentícias. Através da análise de imagens termográficas verificou-se que a temperatura do jardim em zonas de maior desenvolvimento vegetativo (20,1ºC e 28,9ºC no inverno e verão, respetivamente) era menor do que em zonas de menor densidade de vegetação (33,7ºC e 42,9ºC no inverno e verão, respetivamente), o que demonstra que esta infraestrutura verde pode desempenhar um papel importante na mitigação do efeito de “ilha de calor”. Nos ensaios realizados com PMFC comprovou-se a produção de energia elétrica por parte destas duas plantas. Na PMFC com Mentha pulegium obteve-se uma tensão média de 376mV e na PMFC com Mentha piperita de 201mV. Relativamente à potencia máxima obtida, esta foi de 4,92mW/m2 e de 5,24 mW/m2 para a Mentha pulegium e para a Mentha piperita, respetivamente. Com análises à comunidade microbiana presente, quer no rizoma da planta, quer no ânodo da PMFC, foi possível perceber que os microrganismos predominantes são do género pseudomonas sp e Stapylococcus.

Installing green infrastructure to adapt urban and peri-urban environments to climate change and weather patterns can increase the resilience of buildings and the territory. Both green covers and green roofs are an example of an adaptation approach to strengthen the capacity to deal with climate change, as well as a way of using rainwater. Combining these green infrastructures with microbial fuel cells (MFCs) is a Natural Based Solution for electricity production. MFCs are an alternative source of renewable energy through the oxidation of organic matter by microorganisms, generating electric current. In this context, this study focused on one hand, on assessing the impact of the vertical garden installed at the IPVC Escola Superior Agrária (ESA-IPVC) on the heat island effect through the collection and analysis of thermographic images and, on the other hand, on assessing the potential for electricity production by plant-associated microbial fuel cells (PMFC’s) in this green infrastructure. The plants selected for this study were Mentha pulegium and Mentha piperita, which are aromatic, medicinal and condiment plants. Analysis of thermographic images showed that the temperature of the garden in areas with more vegetation (20.1ºC and 28.9ºC in winter and summer, respectively) was lower than in areas with less vegetation (33.7ºC and 42.9ºC in winter and summer, respectively), demonstrating that this green infrastructure can play an important role in mitigating the "heat island" effect. In the tests carried out with PMFC, the production of electricity by these two plants was proven. In the PMFC with Mentha pulegium obtained an average voltage of 376mV and in the PMFC with Mentha piperita 201mV. The maximum power obtained was 4,92 mW/m2 and 5,24 mW/m2 for Mentha pulegium and Mentha piperita, respectively. Analysis of the microbial community present, both in the rhizome of the plant and in the anode of the PMFC, revealed that the predominant microorganisms were of the pseudomonas sp and stapylococcus types.