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Des scientifiques de l’Université du Massachusetts à Amherst ont développé un appareil qui utilise une protéine naturelle pour produire de l’électricité à partir de l’humidité de l’air, une nouvelle technologie qui pourrait avoir des implications importantes pour l’avenir des énergies renouvelables, le changement climatique et l’avenir de la médecine.

L’Air-gen produit de l’électricité à partir de l’humidité de l’air

Les laboratoires de l’ingénieur électricien Jun Yao et du microbiologiste Derek Lovley à l’UMass Amherst ont créé un appareil qu’ils appellent « Air-gen ». ou un générateur à air, avec des nanofils de protéines électriquement conducteurs produits par le microbe Geobacter. L’Air-gen connecte les électrodes aux nanofils de protéines de telle manière que le courant électrique est généré à partir de la vapeur d’eau naturellement présente dans l’atmosphère.
«Nous produisons littéralement de l’électricité à partir de l’air», explique Yao. « L’Air-gen génère une énergie propre 24heures sur 24 et 7 jours sur 7. » Lovely, qui a développé des matériaux électroniques durables basés sur la biologie pendant trois décennies, ajoute: « c’est l’application la plus étonnante et la plus excitante des nanofils de protéines jusqu’à ce jour. »
Cette nouvelle technologie développée dans le laboratoire de Yao est non polluante, renouvelable et peu coûteuse. Elle peut générer de l’énergie même dans des zones à très faible humidité comme le désert du Sahara. Elle présente des avantages importants par rapport à d’autres formes d’énergie renouvelable, notamment le solaire et le vent, explique Lovley, car contrairement à ces autres sources d’énergie renouvelable, l’Air-gen ne nécessite ni lumière du Soleil ni vent, et « il fonctionne même à l’intérieur ».
L’appareil Air-gen ne nécessite qu’un mince film de nanofils de protéines de moins de 10 microns d’épaisseur, expliquent les chercheurs. Le bas du film repose sur une électrode, tandis qu’une électrode plus petite qui ne couvre qu’une partie du film de nanofils se trouve sur le dessus. Le film adsorbe la vapeur d’ eau de l’atmosphère. Une combinaison de la conductivité électrique et de la chimie de surface des nanofils protéiques, couplée aux pores entre les nanofils dans le film, établit les conditions qui génèrent un courant électrique entre ces deux électrodes.

Le but ultime est de fabriquer des systèmes à grande échelle

Les chercheurs disent que la génération actuelle d’appareils Air-gen est capable d’alimenter de petits appareils électroniques, et ils s’attendent à mettre cette invention à l’échelle commerciale bientôt. Les prochaines étapes qu’ils envisagent comprennent le développement d’un petit «patch» Air-gen qui peut alimenter des appareils électroniques portables tels que les moniteurs de santé et de fitness et les montres intelligentes, ce qui éliminerait le besoin de batteries traditionnelles. Ils espèrent également développer des Air-gens à appliquer aux téléphones portables pour éliminer les recharges périodiques.
Yao dit: « le but ultime est de fabriquer des systèmes à grande échelle. Par exemple, cette technologie pourrait être incorporée dans la peinture murale qui pourrait aider à alimenter votre maison. Ou, nous pouvons développer des générateurs autonomes à air qui fournissent de l’électricité une fois que nous aurons atteint une échelle industrielle pour la production de fil, je m’attends à ce que nous puissions réaliser de grands systèmes qui apporteront une contribution majeure à la production d’énergie durable. »

Une nouvelle souche microbionne plus efficace

Continuant à faire progresser les capacités biologiques pratiques de Geobacter, le laboratoire de Lovley a récemment développé une nouvelle souche microbienne pour produire plus rapidement et à moindre coût en grande quantité des nanofils de protéines. « Nous avons transformé E. coli en une usine de nanofils de protéines », dit-il. « Avec ce nouveau processus évolutif, l’approvisionnement en nanofils de protéines ne sera plus un goulot d’étranglement pour développer ces applications. »
La découverte d’Air-gen reflète une collaboration interdisciplinaire inhabituelle, disent-ils. Lovley a découvert le microbe Geobacter dans la boue de la rivière Potomac il y a plus de 30 ans. Son laboratoire a découvert plus tard sa capacité à produire des nanofils de protéines électriquement conducteurs. Avant de rejoindre l’Université, Yao a travaillé pendant des années à l’Université Harvard, où il a conçu des appareils électroniques avec des nanofils de silicium. Ils ont uni leurs forces pour voir si des appareils électroniques pourraient être fabriqués avec les nanofils de protéines récoltés auprès de Geobacter.

Le début d’une nouvelle ère 

Xiaomeng Liu, un doctorat et étudiant dans le laboratoire de Yao, développait des dispositifs de détection quand il a remarqué quelque chose d’inattendu. Il se souvient: « j’ai vu que lorsque les nanofils étaient en contact avec des électrodes d’une manière spécifique, les appareils généraient un courant. J’ai trouvé que l’exposition à l’humidité atmosphérique était essentielle et que les nanofils de protéines adsorbaient l’eau, produisant un gradient de tension à travers l’appareil. »
En plus de l’Air-gen, le laboratoire de Yao a développé plusieurs autres applications avec les nanofils protéiques. »Ce n’est que le début d’une nouvelle ère d’appareils électroniques à base de protéines », a déclaré Yao.
Cette recherche a été publiée dans Nature.
Source : University of Massachusetts Amherst
Crédit photo : Pixabay

Un nouvel appareil génère de l'électricité «à partir de rien»martinTechnologie
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