Les scientifiques ont construit un appareil génial qui produit de l’électricité “à partir de l’air”


Ils l’ont trouvé enterré dans les rives boueuses du fleuve Potomac il y a plus de trois décennies : un étrange organisme sédimentaire qui pouvait faire des choses que personne n’avait jamais vues auparavant dans les bactéries.

électricité-air

Ce microbe inhabituel, appartenant au genre Geobacter, a d’abord été remarqué pour sa capacité à produire de la magnétite en l’absence d’oxygène, mais avec le temps, les scientifiques ont découvert qu’il pouvait aussi fabriquer d’autres choses, comme des nanofils bactériens qui conduisent l’électricité.

Depuis des années, les chercheurs tentent de trouver des moyens d’exploiter utilement ce don naturel, et ils viennent peut-être de toucher le fond avec un appareil qu’ils appellent le “Air-gen”. Selon l’équipe, leur appareil peut créer de l’électricité à partir de… enfin, de presque rien.

“Nous produisons littéralement de l’électricité à partir de l’air”, explique l’ingénieur électricien Jun Yao de l’université du Massachusetts Amherst. “L’Air-gen génère de l’énergie propre 24 heures sur 24, 7 jours sur 7.”

Cette affirmation peut sembler exagérée, mais une nouvelle étude de Yao et de son équipe décrit comment le générateur à air peut effectivement créer de l’électricité sans rien d’autre que la présence d’air autour de lui. Tout cela grâce aux nanofils protéiques électriquement conducteurs produits par Geobacter (G. sulfurreducens, en l’occurrence).

L’Air-gen est constitué d’une fine couche de nanofils protéiques de seulement 7 micromètres d’épaisseur, placée entre deux électrodes, mais également exposée à l’air.

En raison de cette exposition, le film de nanofils est capable d’adsorber la vapeur d’eau qui existe dans l’atmosphère, ce qui permet au dispositif de générer un courant électrique continu conduit entre les deux électrodes.

Selon l’équipe, la charge est probablement créée par un gradient d’humidité qui crée une diffusion de protons dans le matériau du nanofil.

“Cette diffusion de charge devrait induire un champ électrique ou un potentiel de contrepoids analogue au potentiel de la membrane au repos dans les systèmes biologiques”, expliquent les auteurs dans leur étude.

“Un gradient d’humidité maintenu, qui est fondamentalement différent de tout ce qui a été observé dans les systèmes précédents, explique la tension continue produite par notre dispositif à nanofils.”

La découverte a été faite presque par accident, lorsque Yao a remarqué que les appareils qu’il expérimentait conduisaient l’électricité apparemment tout seuls.

“J’ai vu que lorsque les nanofils étaient mis en contact avec des électrodes d’une manière spécifique, les dispositifs généraient un courant”, explique Yao.

“J’ai découvert que l’exposition à l’humidité atmosphérique était essentielle et que les nanofils protéiques adsorbaient l’eau, produisant un gradient de tension à travers le dispositif.”

Des recherches antérieures ont démontré la production d’énergie hydrovoltaïque à l’aide d’autres types de nanomatériaux – tels que le graphène – mais ces tentatives n’ont en grande partie produit que de courtes salves d’électricité, ne durant peut-être que quelques secondes.

En revanche, l’Air-gen produit une tension soutenue d’environ 0,5 volts, avec une densité de courant d’environ 17 microampères par centimètre carré. Ce n’est pas beaucoup d’énergie, mais l’équipe affirme que la connexion de plusieurs appareils pourrait générer assez de puissance pour charger de petits appareils comme les smartphones et autres appareils électroniques personnels – le tout sans gaspillage et en n’utilisant rien d’autre que l’humidité ambiante (même dans des régions aussi sèches que le désert du Sahara).

“Le but ultime est de fabriquer des systèmes à grande échelle”, explique M. Yao, en précisant que les futurs efforts pourraient utiliser cette technologie pour alimenter les maisons grâce à des nanofils incorporés dans la peinture murale.

“Une fois que nous serons à l’échelle industrielle pour la production de fils, je suis convaincu que nous pourrons réaliser de grands systèmes qui contribueront grandement à la production d’énergie durable.”

S’il y a un obstacle à la réalisation de ce potentiel apparemment incroyable, c’est bien la quantité limitée de nanofils produits par G. sulfurreducens.

Les recherches connexes menées par l’un des membres de l’équipe – le microbiologiste Derek Lovley, qui a identifié pour la première fois les microbes Geobacter dans les années 1980 – pourraient permettre de remédier à ce problème : en manipulant génétiquement d’autres insectes, comme E. coli, pour réaliser le même tour en quantités massives.

“Nous avons transformé E. coli en une usine de nanofils de protéines”, dit Lovley.

“Avec ce nouveau procédé évolutif, l’approvisionnement en nanofils de protéines ne sera plus un goulot d’étranglement pour le développement de ces applications.”

Les résultats sont publiés dans la revue Nature.

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Source : ScienceAlert – Traduit par Anguille sous roche

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