De minuscules “gratte-ciel” aident les bactéries à convertir la lumière du soleil en électricité

De minuscules

Des chercheurs de l’Université de Cambridge ont utilisé l’impression 3D pour créer des grilles de “nano-logements” de grande hauteur où les bactéries aimant le soleil peuvent se développer rapidement. Les chercheurs ont ensuite pu extraire les déchets électroniques de la bactérie, issus de la photosynthèse, qui pourraient être utilisés pour alimenter de petits appareils électroniques. Crédit : Gabriella Bocchetti

Les chercheurs ont fabriqué de minuscules « gratte-ciel » pour les communautés de bactéries, les aidant à produire de l’électricité uniquement à partir de la lumière du soleil et de l’eau.

Les chercheurs de l’Université de Cambridge ont utilisé l’impression 3D pour créer des grilles de “nano-logements” de grande hauteur où les bactéries aimant le soleil peuvent se développer rapidement. Les chercheurs ont ensuite pu extraire les déchets électroniques de la bactérie, issus de la photosynthèse, qui pourraient être utilisés pour alimenter de petits appareils électroniques.

D’autres équipes de recherche ont extrait de l’énergie de bactéries photosynthétiques, mais les chercheurs de Cambridge ont découvert que leur fournir le bon type de maison augmente la quantité d’énergie qu’ils peuvent extraire de plus d’un ordre de grandeur. L’approche est compétitive par rapport aux méthodes traditionnelles de production de bioénergie renouvelable et a déjà atteint des rendements de conversion solaire qui peuvent surpasser de nombreuses méthodes actuelles de production de biocarburants.

Leurs résultats, rapportés dans la revue Matériaux naturelsouvrent de nouvelles voies dans la production de bioénergie et suggèrent que les sources d’énergie solaire « biohybrides » pourraient constituer un élément important du mix énergétique zéro carbone.

Les technologies renouvelables actuelles, telles que les cellules solaires à base de silicium et les biocarburants, sont de loin supérieures aux combustibles fossiles en termes d’émissions de carbone, mais elles ont également des limites, telles qu’une dépendance à l’exploitation minière, des défis en matière de recyclage et une dépendance à l’agriculture et à la terre. .utilisation, ce qui entraîne une perte de biodiversité.

“Notre approche est une étape vers la fabrication de dispositifs d’énergie renouvelable encore plus durables pour l’avenir”, a déclaré le Dr Jenny Zhang du département de chimie Yusuf Hamied, qui a dirigé la recherche.

Zhang et ses collègues du Département de biochimie et du Département de science des matériaux et de métallurgie travaillent à repenser la bioénergie en quelque chose de durable et évolutif.

De minuscules

Des chercheurs de l’Université de Cambridge ont utilisé l’impression 3D pour créer des grilles de “gratte-ciel” de grande hauteur où les bactéries qui aiment le soleil peuvent se développer rapidement. Les chercheurs ont ensuite pu extraire les déchets électroniques de la bactérie, issus de la photosynthèse, qui pourraient être utilisés pour alimenter de petits appareils électroniques. Crédit : Gabriella Bocchetti

Les bactéries photosynthétiques, ou cyanobactéries, sont la vie la plus abondante sur Terre. Depuis plusieurs années, des chercheurs tentent de « recâbler » les mécanismes de photosynthèse des cyanobactéries afin d’en extraire de l’énergie.

“Il y a eu un goulot d’étranglement en termes de quantité d’énergie que vous pouvez réellement extraire des systèmes photosynthétiques, mais personne n’a compris où se trouvait le goulot d’étranglement”, a déclaré Zhang. “La plupart des scientifiques ont supposé que le goulot d’étranglement était du côté biologique, dans les bactéries, mais nous avons découvert qu’un goulot d’étranglement substantiel se situe en fait du côté matériel.”

Pour se développer, les cyanobactéries ont besoin de beaucoup de soleil, comme la surface d’un lac en été. Et pour extraire l’énergie qu’elles produisent par la photosynthèse, les bactéries doivent être attachées à des électrodes.

L’équipe de Cambridge a imprimé en 3D des électrodes personnalisées à partir de nanoparticules d’oxyde métallique conçues pour fonctionner avec les cyanobactéries lors de la photosynthèse. Les électrodes ont été imprimées sous forme de structures de piliers très ramifiées et densément emballées, comme une petite ville.

L’équipe de Zhang a développé une technique d’impression qui permet de contrôler plusieurs échelles de longueur, rendant les structures hautement personnalisables, ce qui pourrait bénéficier à un large éventail de domaines.

“Les électrodes ont d’excellentes propriétés de gestion de la lumière, comme un appartement de grande hauteur avec beaucoup de fenêtres”, a déclaré Zhang. “Les cyanobactéries ont besoin de quelque chose auquel elles peuvent s’attacher et former une communauté avec leurs voisins. Nos électrodes permettent un équilibre entre une grande surface et beaucoup de lumière, comme un gratte-ciel en verre.”

Une fois que les cyanobactéries auto-assemblées étaient dans leur nouvelle maison “câblée”, les chercheurs ont découvert qu’elles étaient plus efficaces que d’autres technologies bioénergétiques actuelles, telles que les biocarburants. La technique a augmenté la quantité d’énergie extraite de plus d’un ordre de grandeur par rapport aux autres méthodes de production de bioénergie à partir de la photosynthèse.

“J’ai été surpris que nous ayons pu atteindre les chiffres que nous avons obtenus – des chiffres similaires ont été prédits depuis de nombreuses années, mais c’est la première fois que ces chiffres sont montrés expérimentalement”, a déclaré Zhang. « Les cyanobactéries sont des usines chimiques polyvalentes. Notre approche nous permet d’exploiter leur voie de conversion d’énergie à un stade précoce, ce qui nous aide à comprendre comment elles effectuent la conversion d’énergie afin que nous puissions utiliser leurs voies naturelles pour la production de carburants renouvelables ou de produits chimiques.


Les cyanobactéries artificielles utilisent l’électricité pour transformer le dioxyde de carbone en carburant


Plus d’information:
Jenny Zhang, électrodes à matrice de piliers hiérarchiques imprimées en 3D pour la photosynthèse semi-artificielle haute performance, Matériaux naturels (2022). DOI : 10.1038/s41563-022-01205-5. www.nature.com/articles/s41563-022-01205-5

Fourni par l’Université de Cambridge

citation: De minuscules « gratte-ciel » aident les bactéries à convertir la lumière du soleil en électricité (7 mars 2022) récupéré le 13 mars 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-03-tiny-skyscrapers-bacteria-sunlight-electricity.html

Ce document est soumis au droit d’auteur. En dehors de toute utilisation loyale à des fins d’étude ou de recherche privée, aucune partie ne peut être reproduite sans l’autorisation écrite. Le contenu est fourni seulement pour information.