Ils l'ont trouvé sur les rives boueuses de la rivière Potomac il y a plus de trois décennies: un étrange “ organisme sédimentaire '' qui pouvait faire quelque chose que personne n'avait jamais attendu de bactéries.
Ce microbe inhabituel, appartenant au genre Geobacter, était connu pour sa capacité à produire de la magnétite en l'absence d'oxygène, mais au fil du temps, les scientifiques ont découvert qu'il pouvait créer d'autres choses, comme des nanofils bactériens qui conduisent l'électricité.
Depuis des années, les chercheurs tentent de trouver des moyens de faire bon usage de ce don naturel, et cette année, ils ont dévoilé un appareil qu'ils appellent l'Air-gen. Selon l'équipe, leur appareil peut créer de l'électricité à partir de … enfin presque rien.
«Nous produisons littéralement de l'électricité à partir de rien», a déclaré en février l'ingénieur électricien Jun Yao de l'Université du Massachusetts à Amherst. Air-gen génère une énergie propre 24 heures sur 24.
Cette affirmation peut sembler exagérée, mais une étude récente de Yao et de son équipe décrit comment un générateur à air comprimé ne peut produire de l'électricité que lorsqu'il y a de l'air autour de lui. Tout cela grâce aux nanofils de protéines électriquement conducteurs produits par Geobacter (dans ce cas G. serreducens).
Air-gen se compose d'un mince film de nanofils de protéines de seulement 7 micromètres d'épaisseur, pris en sandwich entre deux électrodes.
Le film de nanofils est capable d'adsorber la vapeur d'eau qui existe dans l'atmosphère, permettant au dispositif de générer un courant électrique continu conduit entre deux électrodes.
Les scientifiques affirment que la charge est créée par un gradient d'humidité qui diffuse des protons dans le matériau nanofil.
«Cette diffusion de charge devrait provoquer un champ électrique d'équilibrage ou un potentiel similaire au potentiel de membrane au repos dans les systèmes biologiques», expliquent les auteurs dans leur étude.
“Un gradient d'humidité soutenu, qui est fondamentalement différent de tout ce qui a été observé dans les systèmes précédents, explique la tension de sortie continue de notre dispositif à nanofils.”
La découverte a été faite presque par accident lorsque Yao a remarqué que les appareils qu'il expérimentait semblaient conduire l'électricité par eux-mêmes.
«J'ai vu que lorsque les nanofils étaient en contact avec les électrodes d'une certaine manière, ils généraient un courant», a déclaré Yao.
“J'ai découvert que l'exposition à l'humidité atmosphérique est importante et que les nanofils de protéines absorbent l'eau, créant un gradient de stress.”
Des études antérieures ont montré que la production d'énergie hydroélectrique est produite à l'aide d'autres types de nanomatériaux tels que le graphène, mais ces tentatives n'ont pour la plupart produit que de courtes impulsions d'électricité qui ne durent que quelques secondes.
En revanche, l'Air-gen produit environ 0,5 V CC avec un courant d'environ 17 microampères par centimètre carré.
Ce n'est pas beaucoup d'énergie, mais l'équipe a déclaré que la connexion de plusieurs appareils pourrait générer suffisamment d'énergie pour charger de petits appareils comme les smartphones et autres appareils électroniques personnels – le tout sans gaspiller et n'utiliser que l'humidité ambiante (même dans un climat aussi sec régions comme le désert du Sahara).
«Le but ultime est de construire des systèmes à grande échelle», a déclaré Yao, expliquant qu'en cas de grand besoin, cette technologie pourrait être utilisée pour alimenter les maisons avec des nanofils intégrés dans la peinture murale.
«Une fois que nous passerons à la production de fil à l'échelle industrielle, je pense que nous serons en mesure de créer de grands systèmes qui apporteront une contribution significative à la production d'énergie durable.
Une étude connexe menée par un collègue microbiologiste Derek Lovley, qui a identifié les microbes Geobacter pour la première fois dans les années 1980, pourrait aider à cela: l'ingénierie génétique d'autres microbes, tels que E. coli, pour effectuer la même astuce à grande échelle.
«Nous avons transformé E. coli en une usine de nanofils de protéines», a déclaré Lovli.
Les résultats sont rapportés dans Nature.
Sources: Photo: (UMass Amherst / Laboratoires Yao et Lovley / Ella Maru Studio)
