Matériaux thermoélectriques, capable de transformer la chaleur en électricité, sont très prometteurs pour convertir la chaleur résiduelle en énergie électrique, car ils convertissent efficacement l'énergie thermique à peine utilisable ou presque perdue.

Des chercheurs de l'Institut des sciences des matériaux de Barcelone (ICMAB-CSIC) ont créé un nouveau concept de matériau thermoélectrique, publié dans la revue Sciences de l'énergie et de l'environnement . C'est un appareil composé de cellulose, produit in situ en laboratoire par des bactéries, avec de petites quantités d'un nanomatériau conducteur, nanotubes de carbone, en utilisant une stratégie durable et respectueuse de l'environnement.

"Au lieu de fabriquer un matériau pour l'énergie, nous le cultivons" explique Mariano Campoy-Quiles, un chercheur de cette étude. "Les bactéries, dispersé dans un milieu de culture aqueux contenant du sucre et des nanotubes de carbone, produire les fibres de nanocellulose qui finissent par former le dispositif, dans laquelle sont noyés les nanotubes de carbone", poursuit Campoy-Quiles.

« On obtient une résistance mécanique, matériau souple et déformable, grâce aux fibres de cellulose, et avec une conductivité électrique élevée, grâce aux nanotubes de carbone, " explique Anna Laromaine, chercheur de cette étude. "L'intention est d'aborder le concept d'économie circulaire, utiliser des matériaux durables et non toxiques pour l'environnement, qui sont utilisés en petites quantités, et qui peuvent être recyclés et réutilisés, " explique Anna Roig, chercheur de cette étude, "L'appareil est fabriqué avec des matériaux durables et recyclables, et à haute valeur ajoutée, " Elle ajoute.

Roig dit, "Ce matériau a une stabilité thermique plus élevée par rapport aux autres matériaux thermoélectriques à base de polymères synthétiques, ce qui lui permet d'atteindre des températures de 250 °C. En outre, l'appareil n'utilise pas d'éléments toxiques, et la cellulose peut être facilement recyclée, puisqu'il peut être dégradé par un processus enzymatique le transformant en glucose, en récupérant les nanotubes de carbone, qui sont l'élément le plus cher de l'appareil. l'épaisseur, la couleur et la transparence du matériau peuvent être contrôlées.

Campoy-Quiles explique que les nanotubes de carbone ont été choisis pour leurs dimensions :« Grâce à leur diamètre nanométrique et à leurs quelques microns de longueur, les nanotubes de carbone permettent, avec de très faibles quantités de même 1 pour cent, obtenir la percolation électrique, c'est-à-dire un chemin continu où les charges électriques peuvent voyager à travers le matériau, permettant à la cellulose d'être conductrice. En outre, l'utilisation d'une si petite quantité de nanotubes (jusqu'à un maximum de 10%), tout en maintenant l'efficacité globale d'un matériau contenant 100 pour cent, rend le processus très économique et économe en énergie.

Roig dit, "D'autre part, les dimensions des nanotubes de carbone sont similaires à celles des nanofibres de cellulose, ce qui donne une dispersion homogène. En outre, l'inclusion de ces nanomatériaux a un impact positif sur les propriétés mécaniques de la cellulose, le rendant encore plus déformable, extensible et résistant."

Ces appareils pourraient être utilisés pour générer de l'électricité à partir de la chaleur résiduelle pour alimenter des capteurs dans les applications IoT et l'agriculture. "Dans le futur proche, ils pourraient être utilisés comme appareils portables, dans des applications médicales ou sportives, par exemple. Et si l'efficacité était encore optimisée, ce matériau pourrait conduire à des isolants thermiques intelligents ou à des systèmes hybrides de production d'énergie photovoltaïque-thermoélectrique, " explique Campoy-Quiles.

Roig dit, "En raison de la grande flexibilité de la cellulose et de l'évolutivité du processus, ces dispositifs pourraient être utilisés dans des applications où la source de chaleur résiduelle a des formes inhabituelles ou des zones étendues, car ils pourraient être entièrement recouverts de ce matériau."

Parce que la cellulose bactérienne est facilement produite, la technologie pourrait être la première étape vers un nouveau paradigme énergétique dans lequel les utilisateurs pourront fabriquer leurs propres générateurs électriques.