La modification de la chimie de surface des électrodes conduit à la croissance préférentielle d'une nouvelle bactérie électroactive qui pourrait soutenir un traitement des eaux usées amélioré et neutre en énergie.

Grandir, les bactéries électroactives décomposent les composés organiques en transférant des électrons vers des substrats à l'état solide à l'extérieur de leurs cellules. Les scientifiques ont utilisé ce processus pour piloter des appareils, tels que les systèmes électrochimiques microbiens, où les bactéries se développent comme un film sur une électrode, briser les composés organiques dans les eaux usées et transférer les électrons résultants à l'électrode.

Les scientifiques cherchent maintenant des moyens d'améliorer ce processus afin qu'il produise de l'hydrogène gazeux sur une électrode cathodique chargée négativement, qui peut ensuite être convertie en électricité pour alimenter les usines de traitement des eaux usées. Cela nécessite des bactéries électroactives qui transfèrent efficacement les électrons vers une électrode d'anode chargée positivement qui n'utilise pas d'hydrogène pour leur croissance.

Krishna Katuri, un chercheur scientifique dans le laboratoire de Pascal Saikaly, et ses collègues ont maintenant trouvé une nouvelle bactérie électroactive, appelé Desulfuromonas acetexigens, qui croît préférentiellement lorsque la chimie de surface de l'anode est modifiée d'une manière spécifique. La bactérie produit une densité de courant plus élevée que la bactérie productrice de courant la plus importante, Geobacter sulfurreducens, et dans un temps plus court.

"Nous considérons qu'il s'agit d'une découverte révolutionnaire dans le domaine, " dit Katuri.

En peaufinant la chimie de surface, les chercheurs ont modifié des électrodes de graphite pour produire de l'amino, groupes carboxyle et hydroxyde sur leur surface. Lorsque les boues et l'acétate, un composé organique utilisé comme aliment, ont été placés dans une chambre en verre avec l'électrode, les bactéries se sont rapidement développées à la surface de l'électrode. Les analyses ont révélé que D. acetexigens se développait préférentiellement rapidement sur les électrodes modifiées, tandis que G. sulfurreducens s'est développé sur des électrodes non modifiées conventionnellement utilisées testées comme témoins.

D'autres analyses ont montré que D. acetexigens générait une densité de courant d'environ 9 ampères par mètre carré dans les 20 heures suivant le démarrage du processus, contre seulement 5 ampères par mètre carré en 72 heures par G. sulfurreducens.

Aussi, D. acetexigens n'utilise pas d'hydrogène comme charge. Cela signifie qu'un réacteur électrochimique microbien traitant les eaux usées pourrait combiner les électrons et les protons produits par cette bactérie pour générer de l'hydrogène gazeux à la cathode.

"Nous prévoyons ensuite d'étudier comment D. acetexigens transfère des électrons et d'apprendre comment maximiser leur activité à l'anode, " dit Saikaly. " Nous fabriquons également un réacteur à cellule d'électrolyse microbienne à l'échelle pilote pour traiter les eaux usées domestiques avec cette bactérie tout en récupérant l'hydrogène gazeux comme énergie. Des panneaux solaires seront intégrés dans le réacteur pilote dans le but d'utiliser l'énergie solaire et l'hydrogène pour réaliser un traitement des eaux usées neutre en énergie, voire éventuellement positif en énergie. »