Dans une première électrisante, Les scientifiques de Stanford se sont branchés sur des cellules d'algues et ont exploité un minuscule courant électrique. Ils l'ont trouvé à la source même de la production d'énergie - la photosynthèse, méthode utilisée par une plante pour convertir la lumière du soleil en énergie chimique. Il peut s'agir d'un premier pas vers la production d'une bioélectricité « à haut rendement » qui ne dégage pas de dioxyde de carbone comme sous-produit, disent les chercheurs.
"Nous pensons être les premiers à extraire des électrons de cellules végétales vivantes, " a déclaré Won Hyoung Ryu, l'auteur principal de l'article publié dans le numéro de mars de Lettres nano . Ryu a mené les expériences alors qu'il était associé de recherche pour le professeur de génie mécanique Fritz Prinz.
L'équipe de recherche de Stanford a développé un nanoélectrode ultra-tranchante en or, spécialement conçu pour sonder l'intérieur des cellules. Ils l'ont doucement poussé à travers les membranes cellulaires des algues, qui l'entourait, et la cellule est restée en vie. A partir des cellules photosynthétiques, l'électrode a collecté des électrons qui avaient été énergisés par la lumière et les chercheurs ont généré un minuscule courant électrique.
"Nous sommes encore aux stades scientifiques de la recherche, " a déclaré Ryu. "Nous avions affaire à des cellules individuelles pour prouver que nous pouvons récolter les électrons."
Les plantes utilisent la photosynthèse pour convertir l'énergie lumineuse en énergie chimique, qui est stocké dans les liaisons de sucres qu'ils utilisent pour se nourrir. Le processus se déroule dans les chloroplastes, les centrales cellulaires qui fabriquent les sucres et donnent aux feuilles et aux algues leur couleur verte. Dans les chloroplastes, l'eau est divisée en oxygène, protons et électrons. La lumière du soleil pénètre le chloroplaste et zappe les électrons à un niveau d'énergie élevé, et une protéine les saisit rapidement. Les électrons sont transmis à une série de protéines, qui captent successivement de plus en plus d'énergie des électrons pour synthétiser des sucres jusqu'à ce que toute l'énergie des électrons soit dépensée.
Dans cette expérience, les chercheurs ont intercepté les électrons juste après qu'ils aient été excités par la lumière et qu'ils aient atteint leur niveau d'énergie le plus élevé. Ils ont placé les électrodes d'or dans les chloroplastes des cellules d'algues, et siphonné les électrons pour générer le petit courant électrique.
Le résultat, disent les chercheurs, est la production d'électricité qui ne libère pas de carbone dans l'atmosphère. Les seuls sous-produits de la photosynthèse sont les protons et l'oxygène.
"C'est potentiellement l'une des sources d'énergie les plus propres pour la production d'énergie, " dit Ryu. " Mais la question est, est-ce économiquement faisable ?"
Ryu a dit qu'ils étaient capables de tirer de chaque cellule un seul picoampère, une quantité d'électricité si petite qu'ils auraient besoin d'un trillion de cellules pour la photosynthèse pendant une heure juste pour égaler la quantité d'énergie stockée dans une pile AA. En outre, les cellules meurent au bout d'une heure. Ryu a déclaré que de minuscules fuites dans la membrane autour de l'électrode pourraient tuer les cellules, ou ils peuvent mourir parce qu'ils perdent de l'énergie qu'ils utiliseraient normalement pour leurs propres processus de vie. L'une des prochaines étapes consisterait à peaufiner la conception de l'électrode pour prolonger la durée de vie de la cellule, dit Ryû.
Récolter des électrons de cette manière serait plus efficace que de brûler des biocarburants, comme la plupart des centrales qui sont brûlées pour le carburant ne stockent finalement qu'environ 3 à 6 pour cent de l'énergie solaire disponible, dit Ryû. Son procédé contourne le besoin de combustion, qui n'exploite qu'une partie de l'énergie stockée d'une plante. La récolte d'électrons dans cette étude était d'environ 20 pour cent efficace. Ryu a déclaré qu'il pourrait théoriquement atteindre 100 % d'efficacité un jour. (Les cellules solaires photovoltaïques sont actuellement efficaces à environ 20-40 pour cent.)
Les prochaines étapes possibles seraient d'utiliser une plante avec des chloroplastes plus gros pour une plus grande zone de collecte, et une électrode plus grande qui pourrait capturer plus d'électrons. Avec une plante à vie plus longue et une meilleure capacité de collecte, ils pourraient intensifier le processus, dit Ryû. Ryu est maintenant professeur à l'Université Yonsei de Séoul, Corée du Sud.
