L’invention d’une biopile à combustible microbienne qui transforme la pollution automobile en énergie

D’après un nouveau rapport de StatisticalReview of World Energy, le pétrole, le charbon et le gaz couvrent encore la majeure partie de la demande mondiale de l’énergie en 2022. De plus, cette demande a progressé d’environ 1 % par rapport à 2021. Ces chiffres démontrent que les énergies et combustibles fossiles dominent encore le mix énergétique mondial, malgré la croissance rapide des technologies de production d’énergies renouvelables et propres. En effet, il est crucial d’exploiter davantage les sources d’énergie durables et sans émissions de CO2. Les piles microbiennes figurent parmi les solutions à l’étude actuellement. Elles se servent de l’énergie chimique pour générer du courant électrique, tout en éliminant les déchets.

Ces biopiles comprennent deux électrodes situées dans des chambres différentes. La cathode contient de l’oxygène, tandis que l’anode dans laquelle sont placées les bactéries est anaérobie. La réaction d’oxydation se produit naturellement grâce à la respiration cellulaire des bactéries. Lorsque ces microbes se nourrissent des résidus et d’autres matières, des électrons sont libérés, produisant ainsi de l’électricité. Dans cette étude, un groupe de scientifiques, dirigé par Shiv Singh du CSIR-Advanced Materials and Process Research Institute, à Bhopal, en Inde, a créé des électrodes à partir de nanoparticules de carbone dopées aux hétéroatomes pour augmenter l’efficacité des piles à combustible microbiennes. Explications.

La réutilisation du carbone pour créer des électrodes efficaces

La suie des gaz d’échappement des véhicules à moteur à combustion renferme du carbone qui contribue significativement à la pollution atmosphérique. Cet élément nocif peut cependant être transformé en un atout bénéfique dans le processus de production d’énergie via une pile microbienne. En effet, des nanoparticules de carbone pourraient faire office d’électrodes (anode et cathode) dans les biopiles. Elles possèdent une nanostructure unique composée d’anneaux d’ions nanométriques centrés. Dans cette étude, elles ont été dopées aux hétéroatomes (N, S et O), permettant d’améliorer l’activité catalytique intrinsèque et la réduction de l’oxygène dans la pile.

Ainsi, les canaux de transfert de masse interconnectés sont optimisés et la surface électroactive s’élargit. De plus, la graphitisation et l’hydrophilie se renforcent. Ces améliorations suggèrent une augmentation de la production d’électricité, avec notamment une tension en circuit ouvert de 0,8 ± 0,025 V, une densité de courant de 9 200 ± 100 mA/m² et une densité de puissance maximale de 2 200 ± 50 Mw/m². La demande chimique en oxygène à l’intérieur de la pile a été réduite de 70 %. En plus de cela, les scientifiques ont indiqué que les hétéroatomes (N, S et O) ont également aidé à augmenter la stabilité et l’adhérence du biofilm.

Le choix des bactéries présentes dans les eaux usées

Les bactéries sont le composant phare des biopiles. C’est pourquoi elles doivent être rigoureusement sélectionnées. Durant ces expériences, les chercheurs ont choisi cinq espèces de bactérie capables de travailler harmonieusement dans le biofilm. Les bactéries Serratia marcescens et Raoultella ornithinolytica se distinguent, par exemple, par leur capacité à former un biofilm robuste. Il a été aussi démontré que les Pseudomonas aeruginosa facilitent le transfert des électrons d’un test de la cytochrome oxydase.

Ces scientifiques ont pu obtenir un biofilm épais à la surface de l’anode, qui accumule un nombre élevé d’électrons. La relation symbiotique entre les hétéroatomes et les différentes espèces de bactéries a conduit à cette efficacité exceptionnelle. Selon cette équipe de recherche, le transfert de masse influe grandement les performances des piles microbiennes. Même s’il n’est pas encore possible de comparer cette nouvelle conception aux autres types de biopiles existants, les données récoltées ont montré que les électrodes à base de nanoparticules de carbone dopées aux hétéroatomes étaient plus performantes et plus rentables. Plus d’informations : Science Direct. Que pensez-vous de cette innovation pour produire de l’électricité ? N’hésitez pas à partager votre avis, vos remarques ou nous signaler une erreur dans le texte, cliquez ici pour publier un commentaire .