Une biopile inspirée de l'intestin génère huit fois plus de puissance

Des pores obstrués dans les piles à combustible microbiennes traditionnelles

Une pile à combustible microbienne est une innovation bioénergétique prometteuse qui génère de l'électricité en s'appuyant sur des micro-organismes vivants pour digérer la matière organique, comme le rapporte New Atlas. Dans ces dispositifs, les bactéries actives libèrent des électrons en se nourrissant, et une anode collecte le courant tandis que des électrolytes liquides facilitent les réactions électrochimiques. Les électrodes plates standard limitent la colonisation microbienne en raison d'une surface réduite. Si des matrices poreuses comme le papier ou la mousse élargissent l'espace de colonisation, les amas bactériens denses appelés biofilms obstruent rapidement les pores, coupant l'approvisionnement en nutriments et piégeant les déchets métaboliques toxiques.

« Les structures poreuses peuvent être facilement obstruées par la formation de biofilms, ce qui nous a posé beaucoup de problèmes d'apport de nutriments, d'accumulation de déchets ou de croissance inégale des biofilms. »

— Prof. Seokheun Choi, université de Binghamton

Des piliers d'hydrogel qui imitent le tissu intestinal

Pour résoudre ce problème d'obstruction, une équipe de recherche dirigée par le professeur Seokheun Choi au Bioelectronics and Microsystems Lab de l'université de Binghamton s'est tournée vers l'anatomie digestive humaine. Dans l'intestin, des millions de projections en forme de doigts appelées villosités maximisent la surface tout en laissant le liquide circuler librement entre elles. Comme le documente New Atlas, les chercheurs Ruohan Zhang, Botian Wang et Choi ont fabriqué des villosités artificielles à l'aide d'un hydrogel électriquement conducteur. Le mélange d'hydrogel combine de l'alcool polyvinylique, de l'oxyde de graphène réduit et le polymère conducteur PEDOT pour retenir l'humidité et transmettre les charges électriques.

Des spores dormantes et la production d'électricité

Au lieu d'appliquer immédiatement des cultures fraîches, les scientifiques ont intégré des spores de Bacillus subtilis dormantes directement dans les villosités artificielles, selon New Atlas. Lorsqu'elles sont introduites dans un bain nutritif organique, les spores dormantes germent en bactéries fonctionnelles qui transfèrent des électrons à l'extérieur de leurs parois cellulaires. L'hydrogel agit comme anode, associé à travers une membrane échangeuse d'ions à une cathode en tissu de carbone modifiée. Ce prototype d'ingénierie a généré plus de huit fois plus d'électricité par unité de volume que les configurations à électrodes plates sans souffrir d'étouffement par biofilm, ce qui représente une remarquable invention biologique.

Applications à l'énergie décentralisée et au traitement des eaux usées

Parce que le système convertit les déchets organiques en courant électrique direct, l'équipe de recherche vise à appliquer cette architecture de biopile au traitement des eaux usées et à la détection environnementale, comme le souligne New Atlas. Placer des réseaux de ces biopiles dans les conduites d'évacuation municipales pourrait soutenir des objectifs de durabilité à long terme en générant de l'énergie locale directement à partir des eaux de ruissellement urbaines. L'équipe continue de tester différentes tailles de piliers pour optimiser l'écoulement des fluides et la production d'électricité dans des configurations de canalisations à grande échelle, ouvrant de nouvelles voies pour un brevet potentiel et un déploiement commercial.

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