Technologies de niche, matériaux innovants

Une nouvelle technologie verte produit de l'électricité à partir de l'humidité atmosphérique

26 février 2020
Une nouvelle technologie verte produit de l'électricité à partir de l'humidité atmosphérique

Les scientifiques de l'université du Massachusetts Amherst ont mis au point un dispositif qui utilise une protéine naturelle pour créer de l'électricité à partir de l'humidité de l'air, une nouvelle technologie qui, selon eux, pourrait avoir des implications importantes pour l'avenir des énergies renouvelables, le changement climatique et l'avenir de la médecine.

Comme indiqué dans Nature, les laboratoires de l'ingénieur électricien Jun Yao et du microbiologiste Derek Lovley de l'UMass Amherst ont créé un dispositif qu'ils appellent "Air-gen" ou générateur à air, avec des nanofils de protéines électriquement conductrices produits par le microbe Geobacter. L'Air-gen connecte des électrodes aux nanofils de protéines de telle manière que le courant électrique est généré à partir de la vapeur d'eau naturellement présente dans l'atmosphère, rapporte ScienceDaily.

"Nous fabriquons littéralement de l'électricité à partir de l'air", explique Yao. "L'Air-gen génère de l'énergie propre 24 heures sur 24, 7 jours sur 7." Lovely, qui a fait progresser les matériaux électroniques basés sur la biologie durable pendant trois décennies, ajoute : "C'est l'application la plus étonnante et la plus passionnante des nanofils protéiques à ce jour."

La nouvelle technologie développée dans le laboratoire de Yao est non polluante, renouvelable et peu coûteuse. Elle peut produire de l'énergie même dans des zones à très faible taux d'humidité comme le désert du Sahara. Elle présente des avantages considérables par rapport à d'autres formes d'énergie renouvelable, notamment le solaire et l'éolien, explique M. Lovley, car contrairement à ces autres sources d'énergie renouvelable, l'Air-gen ne nécessite ni soleil ni vent, et "elle fonctionne même à l'intérieur".

L'appareil Air-gen ne nécessite qu'un mince film de nanofils protéiques de moins de 10 microns d'épaisseur, expliquent les chercheurs. Le bas du film repose sur une électrode, tandis qu'une électrode plus petite qui ne couvre qu'une partie du film de nanofils se trouve au-dessus. Le film adsorbe la vapeur d'eau de l'atmosphère. Une combinaison de la conductivité électrique et de la chimie de surface des nanofils protéiques, associée aux pores fins entre les nanofils à l'intérieur du film, établit les conditions qui génèrent un courant électrique entre les deux électrodes.

Les chercheurs affirment que la génération actuelle de dispositifs Air-gen est capable d'alimenter de petits appareils électroniques, et ils espèrent que l'invention sera bientôt commercialisée. Les prochaines étapes qu'ils prévoient comprennent le développement d'un petit "patch" Air-gen qui peut alimenter des appareils électroniques portables tels que les moniteurs de santé et de fitness et les montres intelligentes, ce qui éliminerait le besoin de piles traditionnelles. Ils espèrent également mettre au point des Air-gens à appliquer aux téléphones portables pour éliminer la recharge périodique.

Selon M. Yao, "le but ultime est de fabriquer des systèmes à grande échelle. Par exemple, la technologie pourrait être incorporée dans la peinture murale qui pourrait aider à alimenter votre maison. Ou encore, nous pourrions développer des générateurs autonomes à air qui fournissent de l'électricité hors réseau. Une fois que nous serons parvenus 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".

Continuant à faire progresser les capacités biologiques pratiques de Geobacter, le laboratoire de M. Lovley a récemment mis au point une nouvelle souche microbienne permettant de produire en masse, plus rapidement et à moindre coût, des nanofils protéiques. "Nous avons transformé E. coli en une usine de nanofils protéiques", dit-il. "Avec ce nouveau procédé évolutif, l'approvisionnement en nanofils de protéines ne sera plus un goulot d'étranglement pour le développement de ces applications".

La découverte d'Air-gen reflète une collaboration interdisciplinaire inhabituelle, disent-ils. Lovley a découvert le microbe Geobacter dans la boue du fleuve Potomac il y a plus de 30 ans. Son laboratoire a ensuite découvert sa capacité à produire des nanofils protéiques électriquement conducteurs. Avant de rejoindre UMass Amherst, Yao avait travaillé pendant des années à l'université de Harvard, où il a conçu des dispositifs électroniques avec des nanofils de silicium. Ils ont uni leurs forces pour voir si des dispositifs électroniques utiles pouvaient être fabriqués avec les nanofils protéiques récoltés de Geobacter.

Xiaomeng Liu, doctorant dans le laboratoire de Yao, développait des dispositifs de détection lorsqu'il a remarqué quelque chose d'inattendu. Il se souvient : "J'ai vu que lorsque les nanofils étaient mis en contact avec des électrodes d'une manière spécifique, les dispositifs généraient un courant. J'ai découvert que cette exposition à l'humidité atmosphérique était essentielle et que les nanofils protéiques adsorbaient l'eau, produisant un gradient de tension à travers le dispositif".

En plus de l'Air-gen, le laboratoire de Yao a développé plusieurs autres applications avec les nanofils de protéines. "Ce n'est que le début d'une nouvelle ère de dispositifs électroniques à base de protéines", a déclaré Yao.

 

Cet article est publié sous la licence Creative Commons 4.0 et a déjà été publié sur Agence de presse Tasnim.


Contenu complémentaire