Des chimistes russes utilisent des microbes pour produire de l’électricité à partir des eaux usées

Les capacités des batteries microbiennes à produire de l’électricité en oxydant la matière organique ont considérablement augmenté ces derniers temps. Cette source d’énergie verte est mentionnée par les chercheurs des universités spécialisées pour Spoutnik.

Les batteries microbiennes ou les cellules bactériennes génèrent de l’électricité par oxydation de matière organique par des micro-organismes. Récemment, leurs capacités se sont considérablement développées et les chercheurs considèrent leur hybridation avec des systèmes de traitement des eaux usées comme une source prometteuse d’énergie verte. L’importance de l’énergie microbienne est révélée à Spoutnik par des chercheurs de plusieurs universités russes.

Les micro-organismes sont capables Grâce à l’oxydation de la matière organique avec génération simultanée d’électrons pour se nourrir dans un environnement sans oxygène. Les premières tentatives d’utilisation de ces micro-organismes, dits exoélectrogènes, pour produire de l’électricité remontent au début du 20e siècle. Jusqu’à récemment, cependant, les performances des batteries microbiennes sont restées insignifiantes, bien qu’elles puissent fonctionner avec une grande variété de matières organiques, d’eaux usées ou de déchets de production.

Trouver une configuration optimale d’une pile microbienne n’est pas une tâche facile. Les scientifiques expliquent qu’ils auront besoin de simulations mathématiques en fonction des matériaux utilisés pour fabriquer les électrodes, de la concentration et de la vitesse d’alimentation des résidus organiques, du milieu de pH, de la géométrie du système et de divers autres facteurs.

Le modèle de l’Université Mendeleev

«Nous avons créé un modèle complexe d’empilement microbien prenant en compte plusieurs facteurs, à savoir la croissance de la population microbienne, les taux de consommation et la formation du résidu organique oxydé migration électrique des protons la diffusion de composants organiques et la cinétique des réactions électrochimiques entre les électrodes. Avec ce modèle, nous avons calculé de nouvelles lois de base du système et optimisé l’une des principales caractéristiques: la concentration du résidu organique », a déclaré Sputnik Violetta Vassilenko, professeur à l’Université Dmitri Mendeleev de technologie chimique de Moscou.

Dans ces batteries, le résidu est constitué d’une solution de glucose dans un mélange de sel, tandis que le limon utilisé pour le traitement des eaux usées sert de source de microorganismes. Les résultats de l’étude menée par des chercheurs de l’Université Dmitry Mendeleev ont été publiés dans la revue Énergies.

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Au cours de leurs expériences, ils ont précisé les paramètres numériques du modèle afin de calculer une concentration optimale de glucose dans la solution nutritive. D’autres propriétés de la batterie ont été optimisées sur le même modèle.

Les perspectives du modèle

Anatoly Antipov, chercheur à la Faculté de chimie de l’Université Lomonosov de Moscou, a indiqué que l’augmentation de la consommation d’électricité augmente la demande de tous les types de générateurs utilisant des matériaux organiques.

«La fonction des cellules microbiennes dépend d’un certain nombre de facteurs, des propriétés évolutives particulières du milieu bactérien à la cinétique des réactions d’électrodes. Cela rend très complexe l’optimisation expérimentale des empilements microbiens. Le modèle créé par nos collègues de l’Université Mendeleev aide à la sélection des caractéristiques clés sur la base de prédictions mathématiques et réduit donc considérablement la quantité d’expérimentation », a-t-il expliqué.

L’étude en question a été réalisée par des chercheurs en informatique et en biotechnologie de l’Université de Mendeleïev, avec leurs collègues de l’Institut Alexander Frumkin et de l’Université de Gênes.

Les scientifiques de l’Université de Mendeleïev prévoient d’utiliser leur nouveau modèle pour développer un système hybride de traitement des eaux usées qui produira également de l’électricité à l’avenir.

L’université Dmitry Mendeleev est l’une des plus importantes de l’industrie chimique russe. Son travail vise à créer de nouvelles technologies et leur utilisation industrielle. Il dispose de 40 chaires et 20 laboratoires, de ses propres unités de production, d’un centre d’innovation et d’un centre technologique.

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