[ca] L'energia necessària per a tractar les aigües residuals és actualment el principal cost associat a aquest procés. Els sistemes bioelectroquímics permeten tractar les aigües residuals alhora que són capaços d'extreure'n part de l'energia emmagatzemada. Per una banda les cel·les microbianes de combustibles (MFC, Microbial Fuel Cells), és una tecnologia que permet obtenir electricitat directament del procés de tractament i, per una altra, les cel·les l'electròlisi microbiana (MEC, Microbial Electrolysis Cells), que basant-se en la tecnologia anterior i realitzant una petita modificació, se'n pot obtenir hidrogen gas com a vector energètic o altres productes de valor afegit. Aquesta tesi ha indagat en alguns aspectes innovadors dels sistemes biolectroquímics que poden ser útils per millorar el seu desenvolupament. El primer punt d'estudi es va centrar en la part comuna d'ambdues tecnologies: els bacteris exoelectrògens. Es va seleccionar biomassa exoelectrògena a partir de llots anaerobis per tal que formessin una biopel·lícula al voltant de l'ànode. Es va utilitzar un mètode ràpid, efectiu i de cost reduït utilitzant un càtode flotant de llana d'acer inoxidable i un ànode format per un escovilló de grafit submergit en llots anaerobis. Posteriorment, durant l'estada a la Penn State University, es va posar el focus en l'estudi de les MEC. Concretament, es va avaluar l'efecte del pH inicial del càtode en absència de solució tamponadora i el comportament de quatre materials diferents sota aquestes condicions: platí (utilitzat com a referència), sulfat de molibdè, escuma de níquel, i llana d'acer inoxidable. Es va comprovar que la influència del pH inicial del càtode era pràcticament nul·la i que en canvi el major efecte el tenia el material escollit. Es va veure com el platí obtenia els millors resultats com ja era d'esperar, i que després d'aquest l'escuma de níquel oferia uns resultats força prometedors, que tot i tenir un cost inferior al platí continua essent elevat. És per això que es va concloure que l'elecció final del material havia de ser una solució de compromís entre eficiència, producció i cost. El tercer punt d'estudi va ser avaluar la resistència dels microorganismes durant diferents períodes sense substrat. Els experiments es van dur a terme en dues condicions. Per una banda en condicions de circuit obert, és a dir, el càtode i l'ànode desconnectats, i per l'altra en condicions de circuit tancat, el càtode i l'ànode connectats. Els resultats van mostrar que en condicions de circuit tancat, el temps d'absència de substrat no tenia una afectació significativa sobre l'activitat de la biomassa, tan sols en el cas d'haver estat 21 dies en condicions de fam, les cel·les van mostrar una baixada reversible de la seva activitat. No obstant això, en el cas en que les cel·les es van deixar en circuit obert durant els períodes d'absència de substrat, a partir del cinquè dia ja mostraven una baixada notable de la seva activitat si bé al cap de dos cicles amb substrat es tornaven a recuperar. En canvi al cap de 21 dies, es va causar un dany irreparable a l'ànode. Per tant, es va concloure que per llargs períodes en absència de substrat era millor mantenir les cel·les en circuit tancat. Finalment es va estudiar el consum de metanol en MFC. Es va escollir aquest substrat degut a que és un possible candidat a tractar com a subproducte de certs processos industrials. A més a més es va voler estudiar fins a quin punt els microorganismes presents a les cel·les serien capaços de consumir un substrat força tòxic i difícilment assimilable per molts microorganismes donat que solament té un àtom de carboni. Per dur-ho a terme es van dissenyar i avaluar tres estratègies d'inoculació.

[es] La energía necesaria para tratar las aguas residuales es actualmente el coste principal asociado a este proceso. Los sistemas bioelectroquímicos permiten tratar las aguas residuales y a la vez son capaces de extraer parte de la energía almacenada. Por un lado, las celdas microbianas de combustible (MFC, Microbial Fuel Cells), son una tecnología que permite obtener electricidad directamente del proceso de tratamiento y, por otro lado, las celdas de electrólisis microbianas (MEC, Microbial Electrolysis Cells), que basándose en la tecnología anterior y realizando una pequeña modificación, permiten obtener hidrógeno gas como vector energético. Esta tesis ha indagado algunos aspectos innovadores de los sistemas bioelectroquímicos que pueden ser útiles para mejorar su desarrollo. El primer punto de estudio se centró en la parte común de ambas tecnologías: las bacterias exoelectrógenas. Se seleccionó biomasa exoelectrogénica procedente de lodos anaerobios con el objetivo de formar una biopelícula alrededor del ánodo. Se utilizó un método rápido, efectivo y de coste reducido que consistió en un cátodo flotante de lana de acero inoxidable y un ánodo formado por un escobillón de fibras de grafito sumergido en lodos anaeróbicos. Posteriormente, durante una estancia en la Penn State University, se puso el foco en el estudio de las MEC. Concretamente, se evaluó el efecto del pH inicial en el cátodo en ausencia de una solución tamponadora, así como el comportamiento de cuatro materiales diferentes bajo estas condiciones: platino (utilizado como referencia), sulfato de molibdeno, espuma de níquel y lana de acero inoxidable. Se comprobó que la influencia del pH inicial del cátodo era prácticamente nula y, en cambio, el material escogido tenía un efecto mayor. Se comprobó que el platino obtenía los mejores resultados, tal como era de esperar, y que después de este la espuma de níquel ofrecía unos resultados prometedores, que aun teniendo un coste inferior al platino continuaba siendo elevado. Es por este motivo que se llegó a la conclusión que la elección del material tenía que ser una solución de compromiso entre eficiencia, producción y coste. El tercer punto de estudio fue la evaluación de la resistencia de los microorganismos durante diferentes periodos sin sustrato. Los experimentos se llevaron a cabo en dos condiciones. Por un lado, en circuito abierto (es decir cátodo y ánodo desconectados) y, por otro lado, en circuito cerrado (cátodo y ánodo conectados). Los resultados mostraron que, en condiciones de circuito cerrado, el tiempo transcurrido sin sustrato no tenía un efecto significativo sobre la actividad de la biomasa, Tan solo en el caso de haber estado 21 días sin sustrato, las celdas mostraron una bajada reversible de su actividad. No obstante, en el caso de las celdas que se dejaron en circuito abierto durante periodos de ausencia de sustrato, a partir del quinto día ya mostraban una bajada notable de su actividad, aunque al cabo de dos ciclos con sustrato se recuperaban de nuevo. En cambio, al cabo de 21 días, se causó un daño irreparable al ánodo. Por tanto, se concluyó que por largos periodos de ausencia de sustrato era mejor mantener las celdas en circuito cerrado. Finalmente se estudió el consumo de metanol en las celdas MFC. El motivo fue que el metanol es un posible candidato a tratar debido a que es un subproducto de ciertos procesos industriales, y a la vez para comprobar hasta qué punto los microorganismos presentes en las celdas serían capaces de consumir un sustrato fuertemente tóxico y difícilmente asimilable para muchos microorganismos, dado que solo contiene un átomo de carbono. Se evaluaron tres estrategias de inoculación.