Ces dernières années, il y a eu un intérêt croissant pour l’exploitation des micro-organismes pour le traitement simultané des eaux usées et la production de bioélectricité renouvelable. La technologie des piles à combustible microbiennes (MFC) peut convertir l’énergie chimique stockée dans la matière organique des eaux usées en électricité, en utilisant des bactéries comme catalyseur. Des chercheurs iraniens ont étudié comment la modification des électrodes peut améliorer les performances de cette technologie.
Dans une nouvelle étude publiée dans le Journal de la technologie chimique et de la biotechnologieles chercheurs ont mis au point un nouveau catalyseur d’anode rentable (TiO2-HX@MWCNT-COOH-Al2O3) qui peut améliorer et stabiliser les performances de production d’énergie des MFC traitant les eaux usées de l’industrie des huiles végétales.
Le choix du matériau d’anode est essentiel pour dicter l’efficacité et la rentabilité des MFC, car c’est le site sur lequel les bactéries se développent et forment un biofilm. Le Dr Hossein Jafari Mansoorian, Université des sciences médicales de Hamadan, Iran, explique : « La conception des électrodes est le plus grand défi pour faire des MFC une technologie rentable et évolutive. L’anode des MFC […] joue un rôle vital dans le transfert d’électrons extracellulaire entre les bactéries électroactives et la surface solide de l’électrode. À cet égard, il est d’une importance cruciale de développer un nouveau matériau d’anode avec des effets synergiques entre les propriétés de la surface de l’anode et les micro-organismes. »
Le Dr Mansoorian note qu’une anode souhaitable devrait offrir les propriétés suivantes :
« Afin d’améliorer l’adhésion bactérienne et le transfert d’électrons efficace entre les bactéries et la surface de l’électrode, l’électrode doit être modifiée et sa surface augmentée pour assurer une collecte de courant et un rendement énergétique efficaces grâce à la décomposition des composés organiques dans les eaux usées. […] Sur la base des résultats de cette étude, la structure TiO2-HX@MWCNT-COOH-Al2O3 de ce composite est un candidat approprié pour modifier l’électrode d’anode et améliore considérablement l’électroactivité », explique le Dr Mansoorian.
L’équipe a également étudié la modification de la cathode pour identifier une alternative rentable au platine. Le feutre de carbone modifié avec du charbon actif en poudre (PAC) provenant de Bambuseae (une famille de bambous) s’est avéré efficace.
Les résultats de cette étude sont les derniers en date des efforts continus visant à améliorer les performances des MFC. Le Dr Mansoorian a noté que ces dernières années, « une percée considérable a été faite concernant la puissance de sortie dans les MFC de quelques mW⋅cm-2 ou mW⋅cm-3 à plusieurs W⋅cm-2 ou W⋅cm-3, une amélioration de trois ordres de grandeur, grâce aux efforts continus des chercheurs. »
Alors que la demande énergétique mondiale augmente et que la concentration des combustibles fossiles diminue, l’attention se tourne vers de nouvelles sources d’énergie. « La production, le stockage et la consommation d’énergie sont des sujets de plus en plus répandus dans les domaines de la recherche moderne et revêtent un intérêt et une importance mondiaux. L’utilisation de combustibles fossiles, en particulier le pétrole et le gaz, s’est accélérée ces dernières années, ce qui déclenche une crise énergétique mondiale. La bioénergie renouvelable est considérée comme l’un des moyens d’atténuer la crise actuelle du réchauffement climatique », observe le Dr Mansoorian.
Les grands volumes d’eaux usées générés par l’industrie des huiles végétales signifient que les besoins énergétiques élevés du traitement conventionnel des eaux usées ne sont pas durables. Le Dr Mansoorian note : « Étant donné que le traitement traditionnel des eaux usées présente diverses limites, la mise en œuvre durable des MFC pourrait être une option réalisable dans le traitement des eaux usées ainsi que dans la production d’électricité verte, la synthèse de biohydrogène, la séquestration du carbone et le traitement des eaux usées écologiquement durable.
Interrogé sur l’évolutivité des MFC, le Dr Mansoorian explique que « bien que certaines connaissances de base aient été acquises dans la recherche sur les MFC, il reste encore beaucoup à apprendre dans la mise à l’échelle de la technologie MFC pour des applications à grande échelle ».
« Pour que les MFC soient une option viable pour le traitement des eaux usées, ils doivent être mis à l’échelle pour accueillir de grands volumes d’eaux usées entrantes, ce qui s’est avéré difficile pour plusieurs raisons, notamment la minimisation de la distance entre l’anode et la cathode pour réduire les pertes électriques et le coût. -compétitif avec les autres technologies de traitement.
« Les matériaux utilisés sont coûteux, notamment des membranes pour séparer les électrodes, qui ont tendance à s’encrasser, et un catalyseur pour produire suffisamment de puissance. Enfin, après avoir obtenu des électrodes d’anode supérieures, il est nécessaire d’examiner leurs performances à long terme dans de vraies eaux usées. traitement pour étudier leur stabilité, leur durabilité, leurs propriétés mécaniques et les effets secondaires de la pollution », précise-t-il.
Néanmoins, le Dr Mansoorian note que « les MFC ont sans aucun doute un potentiel en termes de récupération d’énergie lors du traitement des eaux usées, occupant une niche de marché en termes de source d’énergie autonome et également dans le traitement direct des eaux usées ».
Plus d’information:
Kamyar Yaghmaeian et al, Traitement des eaux usées de l’industrie des huiles végétales et production de bioélectricité à l’aide d’une pile à combustible microbienne via la modification et l’expansion de la surface des électrodes, Journal de la technologie chimique et de la biotechnologie (2022). DOI : 10.1002/jctb.7301
Fourni par la Société de l’industrie chimique