Marrakech, 7 mars. (Maroc-Actu) –
Des chercheurs ont fabriqué des « gratte-ciel » microscopiques pour les communautés bactériennes afin de les aider à produire de l’électricité. avec juste du soleil et de l’eau.
Publié dans le journal « Nature Materials ».Des chercheurs de l’université de Cambridge ont utilisé l’impression 3D pour créer des réseaux de « nano-habitations » de grande hauteur dans lesquelles des bactéries aimant le soleil pourraient se développer rapidement. Ils ont ensuite pu extraire des bactéries des électrons résiduels, issus de la photosynthèse, qui pourraient être utilisés pour alimenter de petits appareils électroniques.
D’autres équipes de recherche ont extrait de l’énergie de bactéries photosynthétiques, mais les chercheurs de Cambridge ont découvert qu’avec le bon type de maison, la quantité d’énergie qu’elles peuvent extraire augmente de plus d’un ordre de grandeur. Cette méthode est compétitive par rapport aux méthodes traditionnelles de production de bioénergie renouvelable et a déjà atteint des rendements de conversion solaire de plus d’un ordre de grandeur. qui peuvent surpasser de nombreuses méthodes actuelles de production de biocarburants.
Leurs résultats ouvrent de nouvelles voies dans la production de bioénergie et suggèrent que les sources « biohybrides » d’énergie solaire pourraient constituer un élément important du bouquet énergétique sans carbone.
Les technologies renouvelables actuelles, telles que les cellules solaires à base de silicium et les biocarburants, sont bien supérieures aux combustibles fossiles en termes d’émissions de carbone, mais elles présentent également des limites, comme la dépendance à l’égard de l’exploitation minière, les problèmes de recyclage et la dépendance à l’égard de l’agriculture et de l’utilisation des terres, entraînant une perte de la biodiversité.
« Notre approche est une étape vers la fabrication de dispositifs d’énergie renouvelable encore plus durables pour l’avenir », explique Jenny Zhang, docteur en chimie du département Yusuf Hamied, qui a dirigé les recherches.
Mme Zhang et ses collègues du département de biochimie et du département de science des matériaux et de métallurgie s’efforcent de repenser la bioénergie pour en faire un produit durable et évolutif.
Les bactéries photosynthétiques, ou cyanobactéries, sont la vie la plus abondante sur Terre. Depuis plusieurs années, les chercheurs ont essayé de « reconfigurer » les mécanismes de photosynthèse des cyanobactéries pour en extraire de l’énergie.
« Il y a eu un goulot d’étranglement en termes de quantité d’énergie pouvant être extraite des systèmes photosynthétiques, mais personne n’a compris où se trouvait ce goulot », explique M. Zhang. La plupart des scientifiques ont supposé que le goulot d’étranglement se situait du côté biologique, dans les bactéries, Mais nous avons découvert qu’un goulot d’étranglement important se situe en fait du côté des matériaux.
Pour se développer, les cyanobactéries ont besoin de beaucoup de lumière solaire, comme la surface d’un lac en été. Et pour extraire l’énergie qu’elles produisent par photosynthèse, les bactéries doivent être fixées à des électrodes.
L’équipe de Cambridge a imprimé en 3D des électrodes personnalisées à partir de nanoparticules d’oxyde métallique conçues pour fonctionner avec les cyanobactéries lors de leur photosynthèse. Les électrodes ont été imprimées sous forme de piliers très ramifiés et denses, comme une petite ville.
Ils ont mis au point une technique d’impression qui permet de contrôler de multiples échelles de longueur, rendant les structures hautement personnalisables, ce qui pourrait profiter à un large éventail de domaines.
« Les électrodes ont d’excellentes propriétés de traitement de la lumière, comme un appartement de grande hauteur avec beaucoup de fenêtres », illustre Zhang. Les cyanobactéries ont besoin d’un objet auquel elles peuvent s’attacher et former une communauté avec leurs voisins. Nos électrodes permettent un équilibre entre beaucoup de surface et beaucoup de lumière, comme un gratte-ciel en verre.
Une fois les cyanobactéries auto-assemblées dans leur nouvelle maison « câblée », les chercheurs ont constaté qu’elles étaient plus efficaces que d’autres technologies bioénergétiques actuelles, comme les biocarburants. La technique a augmenté la quantité d’énergie extraite de plus d’un ordre de grandeur par rapport aux autres méthodes de production de bioénergie à partir de la photosynthèse.
« J’ai été surpris que nous ayons pu atteindre les chiffres que nous avons obtenus : des chiffres similaires ont été prédits pendant de nombreuses années, mais c’est la première fois qu’ils ont été démontrés expérimentalement », admet M. Zhang. Les cyanobactéries sont des usines chimiques polyvalentes, et notre approche nous permet d’exploiter leur voie de conversion énergétique à un stade précoce, ce qui nous aide à comprendre comment elles effectuent cette conversion. afin que nous puissions utiliser leurs voies naturelles pour générer des carburants ou des produits chimiques renouvelables.« , conclut-il.
