Les algues présentent un réel potentiel comme source d’électricité renouvelable, selon une nouvelle étude de l’Université Concordia

Plus que jamais, il est impératif d’abandonner les combustibles fossiles et de se tourner vers une production énergétique durable. Dans cette optique, une équipe de recherche de l’Université Concordia se penche actuellement sur une source d’énergie potentielle qui non seulement ne génère aucune émission de gaz à effet de serre, mais dont la simple exploitation contribue à l’élimination du carbone : les algues.

Une équipe de recherche du Laboratoire de biomicrosystèmes optiques a récemment publié un article sur le sujet dans la revue Energies. Les auteurs y décrivent leur méthode d’extraction de l’énergie mettant à profit le processus de photosynthèse d’algues en suspension dans une solution spécialisée, logée dans de petites cellules électriques. Configurées correctement, ces cellules peuvent générer suffisamment d’énergie pour alimenter des appareils à faible ou très faible consommation tels que les capteurs employés dans l’Internet des objets.

« Le concept de la microcellule électrique photosynthétique consiste à extraire les électrons produits par le processus de photosynthèse », explique Kirankumar Kuruvinashetti (Ph. D. 2020), qui travaille actuellement comme associé de recherche postdoctoral Mitacs à l’Université de Calgary.

« La photosynthèse produit de l’oxygène et des électrons. Notre système piège les électrons, ce qui nous permet de produire de l’électricité. Il ne s’agit donc pas simplement d’une technologie carboneutre, mais bien d’une technologie carbonégative : elle absorbe le dioxyde de carbone de l’atmosphère et génère un courant électrique. Son seul sous-produit est l’eau. »

De l’énergie produite jour et nuit

La microcellule électrique photosynthétique se compose d’une chambre anodique et d’une chambre cathodique séparées par une membrane échangeuse de protons à structure en nid d’abeilles. L’équipe de recherche a fabriqué des microélectrodes de part et d’autre de la membrane pour récupérer les charges électriques produites par les algues dans le processus de photosynthèse. Chaque chambre ne mesure que deux centimètres sur deux centimètres sur quatre millimètres.

Les algues se retrouvent en suspension dans deux millilitres de solution du côté de la chambre anodique, tandis que la cathode se remplit de ferricyanure de potassium, un type d’accepteur d’électrons. Lorsque les algues enclenchent le processus de photosynthèse et commencent à libérer des électrons, ceux-ci sont recueillis par les électrodes de la membrane et deviennent conducteurs, créant ainsi un courant.

Pendant ce temps, les protons passent à travers la membrane dans la cathode et provoquent une oxydation, ce qui entraîne une réduction du ferrocyanure de potassium.

Le processus fonctionne même sans exposition directe à la lumière du soleil, mais à une intensité moindre, explique Dhilippan Panneerselvam, doctorant et coauteur de l’article.

« Tout comme les humains, les algues respirent continuellement, et ce faisant, elles absorbent du dioxyde de carbone et rejettent de l’oxygène. Grâce à leur mécanisme de photosynthèse, elles libèrent également des électrons durant la respiration. La production d’électricité se fait sans interruption, et les électrons sont recueillis de façon continue. »

Muthukumaran Packirisamy, professeur au Département de génie mécanique, industriel et aérospatial et auteur-ressource de l’article, admet que le système n’est pas encore en mesure de rivaliser avec d’autres systèmes de production d’énergie comme ceux fonctionnant à l’aide de cellules photovoltaïques. La tension aux bornes d’une seule microcellule électrique photosynthétique ne dépasse pas 1,0 V.

Le professeur estime toutefois qu’avec suffisamment de travaux de recherche et de développement, y compris sur les technologies d’intégration assistée par l’intelligence artificielle, cette technologie pourrait un jour constituer une source d’énergie viable, abordable et propre.

Ce procédé offre d’ailleurs des avantages considérables par rapport à d’autres systèmes sur le plan de la production, ajoute-t-il.

« Notre système n’utilise aucun des gaz dangereux ni aucune des microfibres nécessaires à la technologie de fabrication du silicium dont dépendent les cellules photovoltaïques. De plus, l’élimination des puces informatiques en silicium n’est pas simple. Nous utilisons des polymères biocompatibles; ainsi, l’ensemble du système est facilement décomposable, et sa fabrication est très peu coûteuse. »

Lisez l’article cité : « Micro Photosynthetic Power Cell Array for Energy Harvesting: Bio-Inspired Modeling, Testing and Verification. »