Biopile : alternative biosourcée aux piles à combustible classiques

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Une biopile aussi efficace qu’une pile à combustible au platine : c’est la prouesse qu’ont réussie des chercheurs du laboratoire de Bioénergétique et ingénierie des protéines (CNRS/Aix-Marseille Université), en collaboration avec le Centre de recherche Paul Pascal (CNRS/Université de Bordeaux) et l’Institut universitaire des systèmes thermiques industriels (CNRS/Aix-Marseille Université).

Cette biopile apparait ainsi comme une alternative biosourcée aux piles à combustible classiques, si l’on considère que la biomasse peut être utilisée à la fois pour fournir le combustible (l’hydrogène) mais également le catalyseur (les enzymes).

Le sujet n’est pas nouveau car le premier prototype remonte désormais à trois ans. En revanche, les chercheurs viennent de franchir une nouvelle étape en augmentant les performances et la stabilité. Cette biopile pourrait, à terme, offrir une alternative aux piles à combustible nécessitant des métaux rares et coûteux, comme le platine. Leurs travaux sont publiés dans Energy & Environmental Science le 17 août 2017.

Des enzymes à la place du platine

Cela fait plusieurs plusieurs années que des chercheurs marseillais du laboratoire de Bioénergétique et ingénierie des protéines développent cette nouvelle génération de biopiles. Ils ont remplacé le catalyseur chimique (le platine) par des enzymes bactériennes : à l’anode, l’hydrogénase (clé de conversion de l’hydrogène dans de nombreux microorganismes), et la bilirubine oxydase à la cathode. Ils ont donc identifié une hydrogénase active en présence d’oxygène et résistante à certains inhibiteurs du platine comme le monoxyde de carbone. En collaboration avec l’équipe bordelaise, ils ont aussi exploré la biodiversité pour identifier des enzymes thermostables qui résistent à des températures entre 25° et 80°.

Puis des verrous ont été levés pour arriver à monter en échelle. C’est ainsi qu’a été développée une architecture carbonée où ont été incorporées les deux enzymes thermostables. «  La porosité adaptée d’un feutre de carbone fait office de structure hôte pour les enzymes, mais sert aussi de protection contre des espèces chimiques générées lors de la réduction de l’oxygène et qui altèrent l’activité des enzymes. La pile peut ainsi fonctionner sans perte de performance pendant plusieurs jours » explique le CNRS dans un communiqué.

Pour aller plus loin

Une pile à combustible convertit l’énergie chimique de combustion de l’hydrogène en énergie électrique. Si elle est considérée comme un procédé propre – car elle ne rejette aucun gaz à effet de serre – la pile à combustible utilise néanmoins comme catalyseurs des métaux rares et coûteux, tel le platine, pour l’oxydation de l’hydrogène et la réduction de l’oxygène. Ces dernières années, l’identification de biocatalyseurs, des enzymes aux propriétés remarquables, a relancé très activement la recherche : leur activité de transformation de l’oxygène, mais surtout de l’hydrogène, est comparable à celle du platine.  L’activité des hydrogénases était, jusqu’à récemment, inhibée par l’oxygène et donc incompatible avec une utilisation en pile.

Source CNRS

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