Proposta de implementação para um sistema de aquisição de dados para monitoramento da produção energética de células de combustível microbianas

Abstract

Com o aumento populacional e a crescente urbanização, as fontes de alimento, água e energia vêm sendo poluídas e até mesmo se esgotando. Por conseguinte, a demanda energética vem continuamente alcançando patamares maiores, acarretando uma preocupação mundial relacionada à escassez de recursos e instigando novas pesquisas na busca por fontes alternativas e sustentáveis. O Laboratório de Processos Biotecnológicos Inovadores (PROBIOTEC), da Universidade Federal de Santa Catarina tem realizado estudos e pesquisas relacionados a produção de energia e a aplicação de Células de Combustível Microbianas (CCMs). As CCMs são apontadas por diversos pesquisadores como uma tecnologia com potencial de geração de energia a partir de substâncias orgânicas, desde resíduos de rios e lagos, até dejetos vindos de produções agrícolas. Dessa forma, além de ser uma fonte produtora de energia, também pode tratar resíduos, dando assim uma função para estes. Neste documento foi proposto um sistema digital de código aberto para aquisição de dados e monitoramento da produção energética de CCMs. A opção metodológica recaiu sobre o Design Science Research (DSR), pela ênfase que ela dá na definição clara do problema e na importância da geração de artefatos inovadores como possíveis soluções. Constituindo-se, assim, em um eficiente mecanismo de apoio ao desenvolvimento de sistemas de informação, na forma de artefato. O resultado obtido foi a proposta de implementação de um sistema de aquisição de dados para o monitoramento de características que permite aos interessados visualizarem a quantidade de energia produzida pelas células de combustível microbianas, indicando também qual a urgência de ações de controle sobre o sistema, como uma realimentação de substrato ou calibragem do sistema. A etapa de testes e validação do modelo implementado foi impactada pelas restrições de acesso à UFSC, impostas pela pandemia de Covid-19. Neste sentido, o número de testes experimentais presenciais no sistema foi reduzido significativamente. Por outro lado, a barreira de acesso ao ambiente laboratorial, enfatizaram a importância de um sistema de monitoramento remoto das células. Apesar das dificuldades encontradas nos testes presenciais, o trabalho desenvolvido apresenta um sistema digital de código aberto que possibilita a aquisição de dados das CCMs, podendo contribuir para a construção de modelos para avaliar o comportamento das células nos mais diversos ambientes e analisar a viabilidade de implementação da tecnologia em determinadas aplicações, graças ao banco de dados criado, contribuindo assim para a geração de conhecimentos.

With population growth and increasing urbanization, sources of food, water and energy have been polluted and even depleted. As a result, energy demand has continually reached higher levels, leading to a worldwide concern related to the scarcity of resources and instigating new research in the search for alternative and sustainable sources. The Innovative Biotechnological Processes Laboratory (PROBIOTEC), from the Federal University of Santa Catarina has conducted studies and research related to energy production and application of Microbial Fuel Cells (MFCs). The MFCs are pointed out by several researchers as a technology with the potential to generate energy from organic substances, such as waste from rivers, lakes and even from agricultural production. Thus, besides being an energy-producing source, it can also treat waste, giving it a function. In this document, a digital open-source system for data acquisition and monitoring of the MFCs energy production was proposed. The methodology chosen was Design Science Research (DSR), because it emphasizes the clear definition of the problem and the importance of generating innovative artifacts as possible solutions. Therefore, it is an efficient support mechanism for the development of information systems, in the form of an artifact. The result obtained was the implementation proposal of a data acquisition system that performs constant monitoring of characteristics that allows interested parties to visualize the amount of energy produced by microbial fuel cells, also indicating the urgency of control actions on the system, such as substrate feedback or system calibration. The testing and validation stage of the implemented model was impacted by the restrictions on the access to UFSC, imposed by the Covid-19 pandemic. Thereby, the number of experimental tests in person, has been significantly reduced. Conversely, the barrier of access to the laboratory environment emphasized the importance of a remote cell monitoring system. Despite the difficulties encountered in the tests, the project presents a digital open-source system that enables the acquisition of data from MFCs, which can contribute to the construction of models to assess the behavior of cells in the most diverse environments and analyze the feasibility of implementation technology in certain applications, thanks to the database created, therefore contributing to the generation of knowledge.