Un grain de sel ou deux est tout ce que les cellules d’électrolyse microbienne ont besoin pour produire de l’hydrogène à partir des eaux usées ou des sous-produits organiques, sans ajout de dioxyde de carbone dans l’atmosphère ou de l’utilisation du réseau électrique, selon l’université d’État de Pennsylvanie (Penn State).
Retour en 2005, Bruce Logan et son équipe de chercheurs à Penn State ont développé une pile à combustible microbien, capable de transformer les eaux usées en énergie. Maintenant, Logan a affiné son système au point où il peut produire de l’hydrogène à partir des eaux usées ou des matières organiques biodégradables, sans utiliser d’électricité et sans émettre de dioxyde de carbone. Son approche, décrite dans le numéro 19 de septembre les Actes de l’Académie nationale des sciences (lien plus bas), implique quelque chose de connu : l’électrodialyse inversée (RED), un processus de récupération de l’énergie (transport membranaire : pouvoir osmotique) par l’écart ionique (concentration en sel) entre l’eau douce et l’eau salée.
Image d’entête : la cellule d’hydrolyse bactérienne avec pile d’électrodialyse inversé (RED Stack). Utilisant une pompe, le liquide coule en continu entre une bouteille d’eau de mer (à gauche) et une bouteille d’eau douce (à droite), le petit tube surmonté d’une capsule bleue, au centre, est le collecteur d’hydrogène.
Le processus est essentiellement électrochimique. L’eau de mer et l’eau douce sont placées sur les côtés opposés d’une membrane qui permet aux ions de la traversée, mais empêche le passage des molécules d’eau. Les ions se déplaceront vers l’eau douce pour équilibrer les forces osmotiques, créant ainsi une différence de charge qui peut être récoltée à des fins diverses. La tension produite dans une seule de ces cellules est faible, mais la source du pouvoir est essentiellement illimitée et est disponible 24 heures par jour.
La pile d’hydrolyse bactérienne de Logan (photo de gauche) appelée “RED stack” est composée d’une alternance de membranes échangeuses d’ions, positif et négatif, qui sont utilisés pour décomposer les molécules d’eau en hydrogène et en oxygène. Normalement, ce processus impliquerait environ 25 paires de membranes, mais en utilisant la technologie RED en conjonction avec l’électricité produite par les bactéries exo-electrogenique (production d’électricité par des organes vivants), l’équipe de Penn State a réussi à produire de l’hydrogène avec seulement cinq paires de membranes.
Tout compte fait, les cellules de Logan se sont avérées être environ 58 à 64 % efficace en énergie, tout en produisant de 0,8 à 1,6 mètre cubes d’hydrogène pour chaque mètre cube de liquide qui a traversé le système. Les résultats des chercheurs montrent que seulement 1 % de cette énergie a été utilisé pour pomper l’eau à travers les cellules, qui sont complètement neutres en carbone. Selon Logan, cette percée démontre que “le gaz hydrogène pur peut efficacement être produit à partir d’un approvisionnement quasi illimité d’eau de mer, d’eau de rivière et de matières organiques biodégradables."
Malheureusement, pour faire fonctionner ce système très efficace, il requiert un matériel coûteux, à base de cathode en platine. Les auteurs ont montré qu’il est possible d’utiliser une cathode moins chère, à base de molybdène, mais l’efficacité est tombée. Les auteurs suggèrent qu’il pourrait être possible de trouver un matériau bon marché qui fonctionne bien avec ce système.
L’annonce sur le site de Penn State : ‘Inexhaustible’ source of hydrogen may be unlocked by salt water.
L’étude publiée sur PNAS : Hydrogen production from inexhaustible supplies of fresh and salt water using microbial reverse-electrodialysis electrolysis cells.