Des chercheurs ont conçu de minuscules « gratte-ciels » destinés à des communautés de bactéries, afin de les aider à générer de l’électricité en utilisant uniquement de la lumière du soleil et de l’eau.
Les scientifiques en question, rattachés à l’Université de Cambridge, ont utilisé l’impression 3D pour créer des pâtés de maisons de « nano-gratte-ciels » où les bactéries, amatrices de lumière, peuvent croître rapidement. Ces chercheurs ont ensuite été en mesure d’extraire les électrons en surnombre des bactéries, en gros des déchets provenant de la photosynthèse, électrons qui peuvent ensuite servir à alimenter de petits appareils électroniques.
D’autres équipes avaient déjà réussi à extraire de l’énergie du processus de photosynthèse réalisé par des bactéries, mais les chercheurs de Cambridge ont découvert qu’en offrant le bon type de « maison », il était possible d’accroître de façon importante la quantité d’énergie extraite. Cette nouvelle approche a déjà permis d’atteindre un rendement similaire à celui des panneaux solaires, et serait plus efficace que la plupart des techniques de production de biocarburant.
Les résultats des travaux, publiés dans Nature Materials, ouvrent de nouvelles avenues en matière de génération de bioénergie, et portent à croire que des sources d’énergie solaire « biohybrides » pourraient représenter une part importante des méthodes permettant d’atteindre la neutralité carbone.
Les technologies disponibles en ce moment, comme les cellules solaires fabriquées à partir de silicone, ainsi que d’autres biocarburants, sont bien plus vertes que les combustibles fossiles, mais sont aussi limitées, notamment en raison du besoin d’extraire des ressources minières, des enjeux en matière de recyclage, ainsi que des besoins en matière d’agriculture et d’utilisation des terres, ce qui contribue à la perte de biodiversité.
« Notre approche représente une étape pour concevoir des technologies de production d’énergie renouvelable encore plus durables », affirme la Dre Jenny Zhang, qui a dirigé les travaux de recherche.
Une énergie verte et abondante
Mme Zhang et ses collègues travaillent ainsi à transformer la production de bioénergie pour en faire quelque chose de durable sur le plan environnemental, en plus de permettre son déploiement à grande échelle.
Pour ce faire, ils s’appuient sur les cyanobactéries, la forme de vie la plus abondante sur Terre, une catégorie de bactéries qui se trouve depuis des années au coeur des travaux de chercheurs pour « transformer » les mécanismes de la photosynthèse pour en extraire de l’énergie.
« Il y avait un goulot d’étranglement en termes de quantités d’énergie que vous pouvez extraire des systèmes de photosynthèse, mais personne ne savait où se trouvait ledit goulot », mentionne la Dre Zhang. « La plupart des scientifiques estimaient qu’il se situait du côté biologique, dans la bactérie, mais nous avons constaté que le blocage était plutôt du côté matériel. »
Afin de croître, les cyanobactéries ont besoin de beaucoup de lumière. Et pour extraire de l’énergie qui est produite lors de la photosynthèse, il faut relier les bactéries à des électrodes.
L’équipe de Cambridge a ainsi fabriqué des électrodes à partir de nanoparticules d’oxyde métallique qui sont conçues pour fonctionner avec les cyanobactéries, alors que celles-ci transforment la lumière du soleil en énergie. Les électrodes en question ont été imprimées sous la forme de structures verticales denses, comme une ville minuscule.
« Les électrodes gèrent très bien la lumière, comme un appartement dans un gratte-ciel équipé de nombreuses fenêtres », indique encore la Dre Zhang.
« Les cyanobactéries ont besoin de quelque chose pour s’attacher, et ainsi former une communauté avec leurs voisins. Nos électrodes permettent d’atteindre un équilibre entre l’ampleur de la surface et l’abondance de lumière – un peu comme un gratte-ciel à l’extérieur en verre. »
Une fois les cyanobactéries installées dans leur nouveau domicile « branché », les chercheurs ont constaté qu’elles étaient plus efficaces que d’autres biotechnologies contemporaines, comme les biocarburants. La technique augmente largement la proportion d’énergie qui peut être extraite, comparativement à d’autres méthodes utilisant la photosynthèse.
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