Représentation schématique du mécanisme simplifié de production d'énergie par la pile à combustible microbienne benthique (BMFC), sans case '5' correspondant à la photosynthèse, et pour la pile à combustible microbienne solaire photoélectrochimique (SMFC) rapportée ici, avec la case étiquetée 5. D'autres étiquettes incluent :(1) réaction d'anode catalysée par biofilm; (2) réaction catalysée par biofilm; (3) réaction de fermentation, et (4) la barrière microbienne à l'oxygène. Crédit :(U.S. Naval Research Laboratory)
Le laboratoire de recherche naval des États-Unis (NRL), Centre de science et d'ingénierie biomoléculaires, a reçu un brevet américain pour un auto-assemblage, auto-réparateur, et une cellule solaire photoélectrochimique microbienne autonome entièrement alimentée par la lumière du soleil et des micro-organismes.
Une pile à combustible microbienne solaire (SMFC) est un système non basé sur des semi-conducteurs, qui utilise des micro-organismes pour générer de l'énergie électrique en reconstituant par photosynthèse les réactifs d'une pile à combustible microbienne scellée à l'aide de la lumière du soleil.
Les réactifs SMFC (glucose et oxygène) sont régénérés en interne par un groupe de microbes photosynthétiques dont les réactifs, dioxyde de carbone (CO2) et eau (H2O), sont les produits de la pile à combustible microbienne. Cette interdépendance se traduit par plusieurs milliers d'heures de production d'électricité à long terme à partir de la lumière du soleil sans reconstitution des réactifs microbiens des piles à combustible.
"Systèmes photosynthétiques naturels, comme les arbres et les proliférations d'algues, auto-réparation, une propriété qui les rend très durables, " a déclaré le Dr Lenny Tender, chimiste de recherche, Centre de sciences et d'ingénierie bio/moléculaires. "Ici, nous incorporons des organismes photosynthétiques à la pile à combustible microbienne benthique (BMFC) auto-assemblante et auto-entretenue pour permettre des cellules solaires photoélectrochimiques terrestres durables. »
Le BMFC génère de l'énergie électrique en oxydant la matière organique (combustible) résidant dans l'eau interstitielle des sédiments avec de l'oxygène (oxydant) dans l'eau sus-jacente, et se compose d'une anode enfoncée dans le sédiment marin connectée par un circuit électrique externe à une cathode positionnée dans l'eau sus-jacente. Contrairement au générateur BMFC marin ouvert, l'appareil SMFC ne nécessite pas un flux sans fin de réactifs provenant des sédiments et de l'eau de mer pour générer de l'énergie de manière persistante, mais plutôt, recycle la matière organique enfermée dans l'unité pour régénérer les réactifs.
"Les micro-organismes récoltés dans l'eau de mer dans des environnements côtiers peu profonds, en abondance relativement faible, s'enrichir lorsque la cellule est scellée en raison de l'accumulation de dioxyde de carbone et de l'épuisement de l'oxygène dans l'eau sus-jacente, " Dit Tender. " Ces organismes utilisent la lumière du soleil pour convertir les produits de l'électrode en glucose et en oxygène, qui peut être réutilisé dans les réactions d'électrode éliminant le besoin d'un flux constant de nouveau glucose et d'oxygène."
Tender a ajouté que le SMFC combine le stockage d'énergie avec la fourniture d'énergie. Sens, quand il y a un ensoleillement abondant, la photosynthèse entraînera la génération de carburant et d'oxydant, dont certains peuvent être utilisés pour générer de l'électricité immédiatement, et le reste accumulé pour être utilisé plus tard quand il n'y a pas de soleil. Cela se fait idéalement sans avoir besoin de condensateurs ou de dispositifs de stockage de batterie.
Le SMFC peut être "empilé" en série pour augmenter la tension et peut alimenter n'importe quel appareil qui utilise actuellement une alimentation photovoltaïque conventionnelle. Cependant, des travaux sont en cours pour comprendre les facteurs limitants.
