Il processo inizia con i batteri che consumano la materia organica e la scompongono attraverso il loro metabolismo. Durante questo processo, i batteri rilasciano elettroni come sottoprodotto. Questi elettroni vengono poi catturati dall'anodo dell'MFC, che è a contatto con i batteri. Gli elettroni viaggiano attraverso il circuito esterno dell'MFC e vengono infine accettati dal catodo, dove si combinano con l'ossigeno per formare acqua.
La reazione chimica complessiva può essere semplificata come:
Materia organica + Batteri → Elettroni (catturati dall'anodo)
Elettroni (tramite circuito esterno) → Catodo + Ossigeno → Acqua
Come risultato di questo trasferimento di elettroni, viene generata una corrente elettrica tra l'anodo e il catodo. La tensione e la potenza in uscita dell'MFC dipendono da vari fattori come il tipo di batteri, la concentrazione del substrato e l'efficienza del sistema.
Ecco alcuni esempi di celle che possono convertire l'energia chimica per produrre corrente elettrica utilizzando MFC:
Shewanella oneidensis:questo batterio è comunemente utilizzato nelle MFC a causa della sua elevata attività esoelettrogenica. Le specie Shewanella possono utilizzare vari composti organici e si trovano in ambienti acquatici.
Geobacter sulfurreducens:un altro noto batterio esoelettrogenico, Geobacter, può trasferire elettroni agli elettrodi e utilizzare vari substrati come acetato e lattato.
Pseudomonas aeruginosa:le specie Pseudomonas hanno dimostrato la capacità di generare elettricità nelle MFC utilizzando substrati organici come glucosio e acetato.
Escherichia coli:sebbene non così comunemente usati come i batteri menzionati in precedenza, alcuni ceppi di Escherichia coli sono stati progettati per mostrare un comportamento esoelettrogenico.
Queste cellule sono notevoli per la loro capacità di convertire l'energia chimica immagazzinata nei composti organici in energia elettrica attraverso il processo di trasferimento di elettroni extracellulari. Questa capacità apre nuove possibilità per la produzione di bioenergia e le applicazioni di trattamento delle acque reflue, in cui gli MFC possono generare elettricità e contemporaneamente trattare gli inquinanti organici.
