Evaluation of sedum species as potential drivers for plant microbial fuel cells in green roof of a semi-arid environment

Abstract

Plant microbial fuel cells (PMFCs) son sistemas bioelectroquímicos que utilizan los exudados de las raíces para transformar la energía química en energía eléctrica. PMFCs pueden ser desarrollados en sitios como humedales y cubiertas vegetales. Sin embargo, a diferencia de los humedales, las cubiertas vegetales permiten implementar estos sistemas en una mayor variedad de lugares. Los beneficios que poseen las cubiertas vegetales, tales como la reducción de los caudales de escorrentía, el mejoramiento de la calidad del aire, el incremento de la biodiversidad, entre otros, ha expandido esta tecnología a regiones distintas para las que fueron concebidas inicialmente. Por ende, en climas semiáridos donde la temperatura y las condiciones de agua son diferentes, especies distintas de plantas son requeridas. Entre las primeras plantas probadas en cubiertas vegetales de regiones semiáridas, se encuentra Sedum spp., plantas suculentas caracterizadas por su bajo requerimiento hídrico y resistencia a la sequía. Por lo tanto, Sedum emerge como un interesante candidato para ser usado en PMFC, permitiendo su implementación en cubiertas vegetales construidas en climas semiáridos. Este estudio muestra que Sedum es un tipo de vegetación factible de utilizar en PMFCs. Entre las especies evaluadas, S. hybridum mostró la más alta densidad de potencia (92 μW m-2) seguida por S. rupestre (15.5 μW m-2), mientras que S. spurium presentó el peor funcionamiento. La pirosecuenciación utilizada para caracterizar la comunidad microbiana desarrollada en los electrodos de tres reactores seleccionados, reveló que miembros de la familia Micrococcaceae predominan en el ánodo de S. hybridum. En contraste, miembros de la familia Comamonadaceae, seguida por el género Paracoccus y Ardenscatena, fueron los principales grupos observados en los ánodos de S. rupestre y S. spurium. El análisis microbiano sugiere que la implementación de PMFCs podría no alterar la microbiota del suelo. Finalmente, la relación observada entre contenido de agua en el suelo y el voltaje generado, tanto en los experimentos en el laboratorio como en el laboratorio de cubiertas vegetales, podría ser útil para expandir esta tecnología y desarrollar bio-sensores de bajo costo para monitorear la irrigación en ambientes semiáridos.