Vers un monde équitable et durable

L'utilisation de combustibles fossiles entraîne l'émission de gaz à effet de serre et d'autres composés polluants. Ces derniers se sont avérés être liés au changement climatique. La pollution due à l'utilisation de ces combustibles commence dès leur extraction et se poursuit au cours de leur transport autour du globe pour être utilisés dans des centrales électriques et des raffineries centralisées. Ces problèmes ont motivé la recherche de sources d’énergie alternatives, propres et renouvelables. L'une d'entre elles est l'utilisation d'organismes vivants comme source de courant électrique dans les piles à combustible microbiennes (PCM). Certaines bactéries ont la capacité de transférer des électrons à des cellules électrochimiques pour produire du courant électrique. Les bactéries doivent être constamment nourries et certaines d'entre elles sont pathogènes.

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Une technologie similaire est celle des cellules bio-photoélectrochimiques (BPEC). Comme pour la MFC, la source d'électrons peut provenir de bactéries photosynthétiques, notamment de cyanobactéries (également appelées algues bleu-vert).  Les cyanobactéries fabriquent leur propre nourriture à partir du dioxyde de carbone, de l'eau et de la lumière du soleil, et dans la plupart des cas, elles sont inoffensives. En fait, certaines cyanobactéries, comme la spiruline, sont considérées comme des "superaliments" et sont cultivées en grande quantité. Les groupes de recherche des Profs. Adir et Schuster ont déjà mis au point des technologies qui utilisent les cyanobactéries pour obtenir du courant électrique et de l'hydrogène, comme cela a été publié dans la revue Nature Communications et Science. Les cyanobactéries présentent toutefois quelques inconvénients. Les cyanobactéries produisent moins de courant dans l'obscurité, car elles ne réalisent pas de photosynthèse. En outre, la quantité de courant obtenue reste inférieure à celle obtenue par les technologies de cellules solaires, de sorte que, bien que plus respectueuse de l'environnement, la BPEC est moins intéressante sur le plan commercial.

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Dans la présente étude, les chercheurs du Technion et de l'IOLR ont décidé d'essayer de résoudre ce problème en utilisant une nouvelle source photosynthétique pour le courant -les algues (macroalgues)

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La recherche a été menée par le professeur Noam Adir et le doctorant Yaniv Shlosberg, de la faculté de chimie Schulich et du GTEP. Ils ont collaboré avec d'autres chercheurs du Technion :Dr. Tunde Toth (Faculté de chimie Schulich), Prof. Gadi Schuster, Dr. DavidMeiri, Nimrod Krupnik et Benjamin Eichenbaum (Faculté de biologie), Dr. OmerYehezkeli et Matan Meirovich (Faculté de biotechnologie et d'ingénieriealimentaire) et Dr. Alvaro Israel de l'IOLR à Haïfa.

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Après avoir développé de nouvelles méthodes pour connecter Ulva et BPEC, des courants mille fois supérieurs à ceux des cyanobactéries ont été obtenus - des courants qui égalent le niveau de ceux obtenus à partir de cellules solaires standard. Le Professeur Adir note que ces courants accrus sont dus au taux élevé de photosynthèse des algues, et à la possibilité d'utiliser les algues dans leur eau de mer naturelle comme électrolyte BPEC - la solution qui favorise le transfert des électrons dans le BPEC. En outre, les algues fournissent du courant dans l'obscurité, soit environ 50 % de celui obtenu à la lumière. La source du courant dans l'obscurité provient de la respiration - où les sucres produits par le processus de photosynthèse sont utilisés comme source interne de nutriments. De manière similaire à la BOEC des cyanobactéries, aucun produit chimique supplémentaire n'est nécessaire pour obtenir le courant. Les Ulva produisent des molécules médiatrices de transfert d'électrons qui sont sécrétées par les cellules et transfèrent les électrons à l'électrode BPEC.

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Les technologies de production d'énergie à base de combustibles fossiles sont dites "positives en carbone". Cela signifie que le processus libère du carbone dans l'atmosphère au cours de la combustion. Les technologies des cellules solaires sont dites "neutres en carbone", c'est-à-dire qu'elles ne rejettent pas de carbone dans l'atmosphère. Cependant, la production des cellules solaires et leur transport jusqu'au lieu d'utilisation émettent davantage de carbone. La nouvelle technologie présentée ici est "négative en carbone". L'algue absorbe le carbone de l'atmosphère pendant la journée tout en se développant et en libérant de l'oxygène. Lors de la récolte du courant pendant la journée, aucun carbone n'est libéré. Pendant la nuit, l'algue libère la quantité normale de carbone provenant de la respiration. En outre, les algues, en particulier l'Ulva, sont cultivées pour diverses industries :alimentation (l'Ulva est également considérée comme un super aliment),cosmétiques et produits pharmaceutiques.

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"C’est étonnant la manière dont naissent les idées scientifiques", déclare Yaniv Shlosberg, l'étudiant diplômé qui a pensé pour la première fois à la possibilité d'utiliser les algues. Le célèbre philosophe Archimède a eu une idée géniale dans sa baignoire, qui a conduit au "principe d'Archimède". J'ai eu cette idée un jour où je suis allé à la plage. À l'époque, j'étudiais la cyanobactérie BPEC, lorsque j'ai remarqué sur un rocher des algues qui ressemblaient à des cordons électriques. Je me suis dit : ‘Puisqu'elles font aussi de la photosynthèse, peut-être pouvons-nous les utiliser pour produire du courant". C'est de cette idée qu'est née la collaboration de tous les chercheurs du Technion et de l'IOLR, qui a abouti à notre article le plus récent. Je pense que notre idée peut conduire à une véritable révolution dans la production d'énergie propre".

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