Des chercheurs du Laboratoire d'électronique organique de l'Université de Linköping ont mis au point une pile à combustible qui utilise de la lignine, un sous-produit bon marché de la fabrication du papier et l'un des biopolymères les plus courants.

Environ 25 pour cent d'un arbre est constitué de lignine - un biopolymère qui colle les fibres de cellulose ensemble pour former un bois solide et durable. Au cours de la fabrication chimique de la pâte à papier, cette lignine est dissoute dans le procédé au sulfate ou au sulfite, puisque la cellulose est le composant souhaité pour la fabrication du papier. La lignine est bon marché et facilement disponible. C'est un biopolymère qui se compose d'un grand nombre de chaînes d'hydrocarbures tissées ensemble, qui peut être décomposé dans un processus industriel en ses éléments constitutifs riches en énergie, benzènediols. Un de ceux-là, le catéchol représente 7 pour cent de la lignine. Chercheurs du groupe Matériaux organiques énergétiques de LiU, dirigé par le professeur Xavier Crispin, ont découvert que ce type de molécule est un excellent carburant pour une utilisation dans les piles à combustible.

Le combustible le plus souvent utilisé dans les piles à combustible traditionnelles est l'hydrogène gazeux, qui réagit avec l'oxygène de l'air. L'énergie chimique est convertie dans la pile à combustible en électricité, eau et chaleur. Cependant, 96 pour cent de l'hydrogène produit dans le monde provient de sources non durables, et s'accompagne d'émissions de dioxyde de carbone.

Les autres carburants utilisés dans les piles à combustible sont l'éthanol et le méthanol, mais ceux-ci produisent également du dioxyde de carbone comme sous-produit. Les électrodes nécessaires pour attirer les électrons fuyants sont généralement en platine, ce qui est à la fois cher et rare.

Benzènediols, cependant, sont des molécules aromatiques, et les électrodes métalliques ne peuvent pas être utilisées dans les piles à combustible à base de benzènediols car les réactions sont légèrement plus complexes. Les chercheurs utilisent à la place des électrodes fabriquées à partir du polymère conducteur populaire PEDOT:PSS. Ce polymère a la propriété intéressante de conduire l'électricité, tout en ayant un surplus de protons. Cela signifie qu'il fonctionne à la fois comme électrode et conducteur de protons.

"PEDOT:PSS est un catalyseur parfait pour la réaction avec un benzènediol tel que le catéchol, " dit Xavier Crispin

L'énergie chimique du carburant est convertie en électricité sans formation de dioxyde de carbone.

« Lorsqu'un carburant tel que l'éthanol est utilisé dans une pile à combustible, les gens prétendent généralement qu'il n'a aucun impact sur le climat, puisque le dioxyde de carbone est un composant d'une circulation. Cela signifie que l'éthanol est considéré comme un carburant vert. Nous pouvons désormais produire de l'électricité sans aucune émission de dioxyde de carbone, ce qui rend notre carburant super vert. La technologie aussi à la fois bon marché et évolutive, ", explique Xavier Crispin.

Seuls quelques groupes de recherche ont étudié le PEDOT:PSS comme matériau possible à la fois pour les électrodes et le catalyseur.

"Il y a un manque fondamental de connaissances sur PEDOT:PSS au sein de l'électrochimie, " conclut Xavier Crispin, alors qu'il présente fièrement le doctorant Canyan Che et l'ingénieur de recherche principal Mikhail Vagin, qui composent le groupe qui a travaillé avec la pile à combustible.

Les chercheurs ont calculé que la quantité d'électricité produite par la nouvelle pile à combustible est approximativement la même que celle des piles à combustible actuelles à base d'éthanol et de méthanol.

« Une méthode efficace pour produire du catéchol à partir de la lignine est déjà disponible, et nous sommes les premiers au monde à faire la démonstration d'une pile à combustible qui utilise le combustible de cette matière première forestière, " conclut Xavier Crispin.

Il reste à améliorer et optimiser la fonction.

Les résultats ont été publiés dans la revue scientifique Systèmes durables avancés .

La recherche a été menée sous les auspices du Digital Cellulose Center, financé par Vinnova, et fait également partie de l'investissement stratégique du gouvernement dans les matériaux fonctionnels avancés, AFM, à LiU.