Dans la poursuite incessante de réservoirs d’énergie alternatifs, durables et écologiquement conscients, les chercheurs scientifiques ont découvert une méthode pour exploiter la puissance des bactéries afin de générer de l’énergie via des piles à combustible microbiennes.
Explorez le domaine des piles à combustible microbiennes, qui orchestrent la génération de courant électrique grâce à l’intervention de bactéries.
La quête perpétuelle persiste dans le domaine des sources d’énergie alternatives et durables, visant à éliminer le besoin de combustibles fossiles et de gaz naturel, renonçant ainsi à leur dépendance pour la production d’énergie électrique. Dans la quête d’une alternative, le monde se tourne vers des sources d’énergie intrinsèquement naturelles et renouvelables, dont la “biomasse” figure parmi les plus cruciales. Dans le paysage contemporain, l’acquisition d’énergie à partir de la biomasse revêt diverses formes, la pile à combustible microbienne en étant une.
Qu’est-ce qui constitue une pile à combustible microbienne (MFC) ?
Les piles à combustible microbiennes sont, à leur essence, des cellules de biocarburant, les creusets où les bactéries ou les micro-organismes orchestrent l’alchimie qui transforme la matière organique en une abondance d’énergie électrique. Dans ces réacteurs bioélectrochimiques, les micro-organismes subissent la transformation métabolique de substrats organiques, produisant une énergie chimique qui se métamorphose à son tour en un courant électrique utilitaire. Cette cellule d’énergie microbienne est particulièrement prédisposée au métabolisme des déchets organiques et des résidus agricoles, allant des excréments aux résidus de maïs et de paille. La frugalité innée de cette cellule d’énergie est soulignée par sa dépendance à des matériaux de déchets abondants, qui restent généralement inutilisés.
Ces cellules se caractérisent par leur structure composite, comprenant une membrane externe qui enferme des enclaves bactériennes séparées et une membrane interne qui délimite l’interface entre une solution aqueuse et un milieu nutritif.
La genèse de l’électricité dérivée d’entités microbiennes remonte à l’ingéniosité du Professeur MC Potter, une figure éminente dans le domaine de la botanique à l’Université de Durham, dont le travail novateur en 1911 a abouti à la production de courant électrique via Escherichia coli. Deux décennies plus tard, Barnett Cohen a atteint une autre étape en concevant des piles à combustible semi-microbiennes en 1931, capables de produire un courant aussi faible que 2 milliampères.
Le voyage s’est poursuivi et, d’ici 1999, des chercheurs en Corée du Sud avaient perfectionné des piles à combustible microbiennes qui amplifiaient non seulement leur faisabilité commerciale, mais contournaient également le besoin de produits chimiques intermédiaires coûteux essentiels à la transmission d’électrons.
Comment fonctionnent les piles à combustible microbiennes ?
Analogues aux autres piles à combustible, une pile à combustible électrique comprend principalement une anode et une cathode favorables, chacune enfermée dans ses enceintes respectives, séparées par une membrane d’échange de protons, un filtre diminutif qui admet sélectivement de minuscules particules chargées positivement.
L’électrode antipodale sert de lieu de résidence aux micro-organismes et se trouve immergée dans de la matière organique dépourvue d’oxygène. Cet endroit engendre un processus de bio-oxydation, où les électrons sont libérés du substrat organique grâce à des microbes dotés du talent alchimique de transloquer ces électrons de manière extracellulaire.
Les électrons chargés négativement résultant des réactions d’oxydation dans la chambre de la cathode sont relayés via un conducteur reliant les électrodes positive et négative à l’anode. Simultanément, les ions d’hydrogène engendrés par l’anode se déplacent vers l’électrode négative, encapsulés par des agents oxydants tels que l’air, l’eau ou le ferricyanure de potassium. Cette séquence harmonise le circuit électrique.
Un agent oxydant, généralement de l’oxygène, présent à l’anode, se combine avec l’hydrogène et les électrons de la cathode pour produire de l’eau propre, achevant ainsi le circuit. Ce conduit peut être remplacé par une ampoule lumineuse ou tout autre appareil électrique, répondant ainsi aux exigences de vos besoins énergétiques.
Applications des piles à combustible microbiennes
Bien que les piles à combustible microbiennes soient limitées dans leur capacité à alimenter des appareils électriques par rapport à d’autres sources d’énergie, elles trouvent leur pertinence dans divers domaines :
- Facilitation de la génération d’énergie par le traitement des déchets biodégradables et l’amélioration des eaux usées riches en carbone.
- Aide au traitement des eaux usées et à la remédiation biologique.
- Surveillance en temps réel des constituants biodégradables résiduels dans les flux d’effluents.
- Alimentation de biosenseurs télécommandés, les rendant autonomes dans leur fonctionnement. Conversion des flux d’effluents riches en carbone en méthane de haute qualité.
- Permettant le fonctionnement de véhicules entraînés par des bactéries dans des environnements extraterrestres.
Il est à noter que les courants électriques générés par les piles à combustible microbiennes présentent encore des amplitudes modestes, en raison des tendances migratoires limitées des électrons libérés lors de la respiration cellulaire, lors de leur trajet des entités bactériennes vers l’anode.