Producción de biohidrógeno a alta tasa en celdas de electrólisis microbiana de cámara única utilizando biocátodos modificados con sulfuro de hierro

Resumen Las celdas de electrólisis microbiana (MEC) pueden producir hidrógeno (H2) con un bajo gasto energético, pero la tasa de producción de H2 a menudo está limitada por una mala interacción microbio-electrodo. Este estudio tuvo como objetivo mejorar la interacción de los microbios con un electrodo cátodo modificado con un catalizador de sulfuro de hierro (FeS) en las MEC para lograr una reacción de evolución de hidrógeno (HER) eficiente y optimizar el rendimiento en diferentes concentraciones de sustrato, que varían de 1 g/L a 3 g/L de glucosa. El análisis electroquímico reveló que FeS es un catalizador altamente activo para HER, superando el rendimiento de un cátodo modificado con un 10% de platinum (Pt-C). A 2 g/L de glucosa, las MEC con un cátodo modificado con FeS (MEC-FeS) produjeron hidrógeno con el rendimiento más alto de 7.01 mol H2/mol glucosa, y la tasa de producción de hidrógeno fue de 1.96 ± 0.09 m3/m3•d. Las operaciones de control de MEC con un cátodo prístino y fermentación oscura resultaron en un rendimiento de hidrógeno reducido de 5.83 ± 0.25 mol H2/mol glucosa y 2.12 ± 0.1 mol H2/mol glucosa, respectivamente. Además, el MEC-FeS logró una alta eficiencia energética de 78 ± 5% en comparación con el MEC sin catalizador (60 ± 5%) y la fermentación oscura (24 ± 1%). Este estudio sugiere que la utilización de FeS como catalizador de cátodo en las MEC puede garantizar una generación de hidrógeno a alta tasa con una concentración de sustrato óptima, allanando el camino para una escalada eficiente y aplicación en el campo.