Pila a Pula

PiLa A pUlA
Alessia Giamboni & Romina Cartisano
Docenti responsabili: Carlo Devittori
e Giancarlo Parisi
Liceo di Lugano 2
Introduzione
Nel presente lavoro abbiamo affrontato il problema dello smaltimento di un rifuito vegetale industriale la pula del caffè. Dopo aver verificato l'attendibilità di una pubblicazione
sull'ossidazione del glucoiso a CO 2 per via elettrolitica abbiamo eseguito un esame di fattibilità per un processo elettrolitico in grado di smaltire il materiale organico mediante
l'ossidazione della cellulosa fornendo nel contempo lavoro elettrico.
La pila da da noi ideata utilizza pula di caffè quale materia prima. La cellulosa della pula viene idrolizzata a glucosio da un enzima specifico (cellulase) presente nella cella
stessa. Il glucosio è il vero e proprio combustibile della cella. Quale agente ossidante al catodo viene utilizzato perossido di idrogeno (acqua ossigenata, H 2O2).
Le due semireazio ni complessive sa rebbe ro dunque:
C6H12O6
+
12 H2O2
+
C6H12O6
6 H2O
24 H+
+ 2 4 e-
+ 12 H2O2
→
6 CO 2
→
24 H2O
→
6 CO 2
+ 24 H+
+ 2 4 e-
(o ssidazione)
(rid uzione)
+ 18 H2O
reazione co mplessiva
Procedimento e risultati
Per entrambi i tipi di cella abbiamo misurato tensione e intensità di corrente ad ogni aggiunta dei vari componenti, allo scopo d'individuare il reale effetto della reazione di ossidazione
del glucosio. Quale enzima si utilizza cellulasi (Sigma Chemicals).
Pila con cella porosa
Voltaggio [V]
Amperaggio [mA]
1. cella completa+soluz.tampone a 50°
0.1
0.08
2 . a 40°
0.06
3. aggiunto l'enzima
0.04
4. aggiunta la pula
0.02
5. un ora dopo
0
6. due ore dopo
1
2
3
4
5
6
Pila con celle separate
Voltaggio [V]
Amperaggio [mA]
0.08
1. cella completa+soluz.tampone
0.06
2. aggiunto l'enzima
0.04
3. aggiunta la pula
0.02
4. un ora dopo
0
1
2
3
4
Discussione
Nella pila con cella porosa:
già con la soluzione tampone si stabilisce una tensione
la tensione e la corrente dopo un'ora non aumentano significativamente
è probabile che l'H2O2 si sia diffuso in tutta la cella inibendo l'enzima
la concentrazione di H2O2 potrebbe essere diminuita al catodo
Nella pila con celle separate:
i risultati sono molto più attendibili poiché non c'è tensione e intensità di corrente di
fondo
la tensione e l'intensità di corrente si creano mediante l'aggiunta della pula, ciò verifica le
ipotesi
la tensione e l'intensità di corrente crescono lasciando tempo all'enzima di produrre
glucosio
la tensione e l'intensità di corrente sono dello stesso ordine di grandezza dei valori iniziali
massimi della cella con tazza porosa
Conclusioni
L'ipotesi di partenza risulta verificata dal punto di vista concettuale e qualitativo. Non è stato possibile effettuare dei bilanci di massa
I valori di tensione e di corrente risultano realtivamente ridotti rispetto ai valori teorici calcolati.
Prima di procedere ad una sperimentazione su scala pilota occorrono ulteriori esperimenti per migliorare il rendimento e la produttività della pila
La sperimentazione su scala pilota prevede l'mpiego di masse di pula nell'ordine del kg per poi effettuare un'ottimizzazione e una valutazione economica del
processo