Qu'est-ce qu'une cellule de biocarburants?

Notre  nature fera tout

Un biocarburant portable est un dispositif qui utilise des matériaux biologiques pour produire de l'électricité d'une manière directe par des réactions d'oxydo-réduction. Cela contraste avec l'utilisation conventionnelle de biocarburants à produire de l'électricité à partir de la chaleur fournie par la combustion de la matière. Le principe de la technologie de pile à biocombustible est d'imiter des phénomènes naturels qui sont utilisés pour produire de l'énergie dans les organismes vivants. Dans certains cas, les bactéries peuvent jouer un rôle dans ces piles à combustible. À partir de 2011, les cellules biocarburants présentent un potentiel comme une énergie alternative source et dans diverses applications médicales et bio-ingénierie. 

Les organismes vivants obtiennent de l'énergie à partir de l'oxydation des hydrates de carbone, qui sont générés par la photosynthèse dans les plantes pour l'alimentation humaine et ingérés par les animaux. Les enzymes facilitent les réactions, dans laquelle les hydrates de carbone sont convertis en dioxyde de carbone et de l'eau par le retrait d'électrons, qui sont ensuite stockés en adénosine triphosphate (ATP) des molécules. Dans une pile à biocarburant, les électrons produits par l'oxydation de molécules organiques en général - les hydrates de carbone, comme dans les organismes vivants - sont utilisés pour générer un courant électrique. L'idée d'utiliser ces processus biologiques pour produire de l'électricité a été autour depuis les années 1960, mais les premières tentatives de construction d'un, travaillant biopile pratique rencontré des difficultés.

Un grand  champ  de  colza,

qui est utilisé pour fabriquer

 des biocarburants

Une pile à biocarburant sera typiquement constituée d'un récipient divisé en deux sections par une barrière perméable. Dans une section, l'oxydation d'un hydrate de carbone - par exemple, le glucose - fournit des électrons. Dans l'autre section, une réaction de réduction a lieu, qui utilise ces électrons. En reliant les deux électrodes, un courant peut être fabriqué à partir de l'électrode dans la section d'oxydation - le anode - à l'électrode dans la section de réduction - la cathode. Un des plus grands problèmes pratiques qui entravent le développement des cellules de biocarburants a été de trouver un moyen efficace d'obtenir les électrons libérés de l'hydrate de carbone dans l'anode. Les électrons sont d'abord stockés dans l'enzyme oxydant et seraient, dans le processus naturel, être transférés chimiquement en molécules d'ATP. Il existe deux méthodes possibles d'extraction des électrons de l'enzyme dans l'anode dans une cellule de biocarburants. Dans le procédé direct Electron Transfer (DET), l'enzyme doit être collé sur l'anode.

Cela peut se faire par voie chimique ou par d'autres méthodes, telles que la construction de l'anode à partir d'une maille de nanotubes de carbone sur laquelle l'enzyme est adsorbée. Ces méthodes entraînent une activité réduite de l'enzyme et la perte de l'efficacité, mais ce n'est, à l'heure de l'écriture, un domaine de recherche en cours et l'amélioration des techniques peut être développée.

L'autre méthode de transfert d'électrons est connue comme médiation Electron Transfer (MET). Cela ne nécessite pas l'enzyme d'être en contact avec l'anode, au contraire, les électrons sont transmis à une autre molécule wth un potentiel redox inférieur, ce qui donne alors des électrons à l'anode. Ce composé, connu en tant que médiateur, doit également avoir un potentiel d'oxydo-réduction supérieur à celui de l'anode. Cette étape supplémentaire implique une perte d'énergie et ainsi la pile à combustible est dans la pratique moins efficace qu'elle pourrait l'être, en théorie. 

Les cellules de biocarburants sont un domaine de recherche actif et diverses solutions possibles à ces problèmes sont étudiés. Parmi les possibilités est l'utilisation de bactéries dans les piles à combustible microbiennes. Les bactéries du fer réducteur qui vivent dans des conditions anaérobies sont particulièrement prometteuses, car elles réduisent naturellement le fer à l'état d'oxydation +3 à son état d'oxydation +2. Le fer peut alors donner un électron à l'anode, retournant à ses positions 3, et agissantes comme une molécule médiatrice naturelle en transférant les électrons à partir des bactéries à l'anode. 

Les principaux avantages des cellules de biocarburants est qu'ils sont non-polluantes, ne nécessitent pas de catalyseurs coûteux et utilisent des matières premières communes, peu coûteux et facilement renouvelables. Les principaux inconvénients de cellules de biocarburants est leur inefficacité et faible puissance. À partir de 2011, cependant, il y a l'espoir que ces problèmes peuvent être surmontés, ouvrant une nouvelle gamme de possibilités. Il s'agit non seulement, pas cher propre et les énergies renouvelables, mais aussi la perspective de cellules de biocarburants implantées, en cours d'exécution sur les substances produites par l'organisme, est utilisée pour alimenter des dispositifs médicaux tels que les stimulateurs cardiaques.