Des bactéries modifiées pour stocker de l’énergie

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L’un des grands problèmes des systèmes d’énergie durables est de savoir comment stocker l’électricité produite par le vent, le soleil et les vagues. À l’heure actuelle, aucune technologie existante ne permet le stockage à grande échelle et la récupération d’énergie à un coût financier et environnemental faible.

Des bactéries pour stocker de l’énergie

Les microbes électroactifs fabriqués pourraient faire partie de la solution. Ces microbes sont capables d’emprunter un électron à l’électricité solaire ou éolienne et d’utiliser cette énergie pour séparer les molécules de dioxyde de carbone de l’air. Ces microbes peuvent ensuite utiliser les atomes de carbone pour fabriquer des biocarburants, tels que l’isobutanol ou le propanol, qui pourraient être, par exemple, brûlés dans un générateur ou ajoutés à de l’essence.

« Nous pensons que la biologie joue un rôle important dans la création d’une infrastructure énergétique durable », a déclaré Buz Barstow, professeur assistant en génie biologique et environnemental. « Certains rôles de ces bactéries seront des rôles de soutien et d’autres des rôles principaux. Nous essayons de trouver tous les endroits où la biologie peut fonctionner. »

L’ajout d’éléments d’ingénierie électrique (synthétiques ou non biologiques) pourrait rendre cette approche encore plus productive et efficace que les microbes seuls. Dans le même temps, le fait de disposer de nombreuses options crée également un trop grand nombre de choix techniques. Cette étude fournit des informations permettant de déterminer la meilleure conception en fonction des besoins.

Associer l’ingénierie électrochimique biologique et non biologique

«Nous proposons une nouvelle approche consistant à associer l’ingénierie électrochimique biologique et non biologique afin de créer une nouvelle méthode de stockage d’énergie», a déclaré Farshid Salimijazi, étudiant diplômé du laboratoire de Barstow et auteur principal de cette recherche.

La photosynthèse naturelle offre déjà un exemple pour stocker l’énergie solaire à grande échelle et la transformer en biocarburants dans une boucle de carbone fermée. Elle capte environ six fois plus d’énergie solaire par an que tous les pays en utilisent simultanément. Mais la photosynthèse est vraiment inefficace pour récolter la lumière solaire, absorbant moins de 1% de l’énergie qui arrive sur les cellules photosynthétisantes.

Les microbes électroactifs deviennent alors une bonne option, car ils ont remplacé la collecte de lumière biologique par la photovoltaïque. Ces microbes peuvent absorber de l’électricité dans leur métabolisme et utiliser cette énergie pour convertir le CO2 en biocarburants. Cette approche est très prometteuse pour la fabrication de biocarburants avec une grande efficacité.

Des microbes peuvent produire des bioplastiques 

Les microbes électroactifs permettent également l’utilisation d’autres types d’électricité renouvelable, pas seulement l’électricité solaire. En outre, certaines espèces de microbes modifiés peuvent créer des bioplastiques susceptibles d’être biodégradables, éliminant ainsi le dioxyde de carbone (un gaz à effet de serre) de l’air et le séquestrant dans le sol.

Ces bactéries pourraient être conçues pour inverser le processus en convertissant de bioplastique ou de biocarburant en électricité. Ces interactions peuvent toutes se produire à la température et à la pression ambiantes, ce qui est important pour l’efficacité de cette approche.

Des combinaisons de microbes modifiés et de systèmes électrochimiques pourraient largement dépasser l’efficacité de la photosynthèse. Pour ces raisons, une conception qui associe les deux systèmes constitue la solution la plus prometteuse en matière de stockage d’énergie, selon les auteurs. « D’après les calculs que nous avons effectués, nous pensons que c’est tout à fait possible », a déclaré Salimijazi.

Ce document comprend l’ensemble des données de performance sur les conceptions biologiques et électrochimiques pour la fixation du carbone. L’étude actuelle est «la première qui rassemble au même endroit toutes les données dont vous avez besoin pour comparer les options de stockages.

Utiliser ces données pour choisir les meilleures combinaisons

À l’avenir, les chercheurs prévoient d’utiliser ces données pour tester toutes les combinaisons possibles de composants électrochimiques et biologiques et trouver les meilleures combinaisons parmi tous ces choix.

Barstow est l’auteur principal de cette recherche qui a été publiée dans Biological Engineering.

Source : Cornell University
Crédit photo sur Unplash :  American Public Power

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