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

Une cellule de biocarburant est un appareil qui utilise des matériaux biologiques pour produire de l'électricité de manière directe à travers les réactions redox.Cela contraste avec l'utilisation conventionnelle des biocarburants pour produire de l'électricité à partir de la chaleur fournie par la combustion du matériau.Le principe de la technologie des cellules biocarburants est d'imiter divers processus naturels qui sont utilisés pour produire de l'énergie au sein des organismes vivants.Dans certains cas, les bactéries peuvent jouer un rôle dans ces piles à combustible.En 2011, les cellules biocarburants présentent le potentiel comme source d'énergie alternative et dans diverses applications médicales et bio-ingénieurs.

Les organismes vivants obtiennent l'énergie à partir de l'oxydation des glucides, qui sont générés par la photosynthèse chez les plantes et ingérés comme aliments par des animaux.Les enzymes facilitent les réactions, dans lesquelles les glucides sont convertis en dioxyde de carbone et en eau par l'élimination des électrons, qui sont ensuite stockés dans des molécules d'adénosine triphosphate (ATP).Dans une cellule de biocarburant, les électrons produits par l'oxydation des molécules organiques mdash;généralement des glucides, comme dans les organismes vivants et mdash;sont utilisés pour générer un courant électrique.L'idée d'utiliser ces processus biologiques pour produire de l'électricité existe depuis les années 1960, mais les premières tentatives pour construire une cellule de biocarburant pratique et qui travaillent..Dans une section, l'oxydation d'un glucides et mdash;Par exemple, le glucose mdash;fournit des électrons.Dans l'autre section, une réaction de réduction a lieu, qui utilise ces électrons.En connectant les deux électrodes, un courant peut être fabriqué à partir de l'électrode dans la section d'oxydation mdash;L'anode mdash;à l'électrode dans la section de réduction mdash;La cathode.

L'un des plus grands problèmes pratiques qui entrave le développement des cellules biocarburants a été de trouver un moyen efficace de libérer les électrons des glucides dans l'anode.Les électrons sont initialement stockés dans l'enzyme oxydante et seraient, dans le processus naturel, transférés chimiquement dans des molécules d'ATP.Il existe deux méthodes possibles d'extraction d'électrons de l'enzyme dans l'anode dans une cellule de biocarburant.

Dans la méthode directe de transfert d'électrons (DET), l'enzyme doit être liée à l'anode.Cela peut être fait chimiquement ou par d'autres méthodes, telles que la construction de l'anode à partir d'un maillage de nanotubes de carbone sur lesquels l'enzyme est adsorbée.Ces méthodes entraînent une activité réduite dans l'enzyme et une perte d'efficacité qui en résulte, mais c'est, au moment de la rédaction, un domaine de recherche en cours et de techniques améliorées peut être développée.

L'autre méthode de transfert d'électrons est connue sous le nom d'électron médiatiséTransfert (Met).Cela ne nécessite pas que l'enzyme soit en contact avec l'anode;Au lieu de cela, les électrons sont transmis à une autre molécule avec un potentiel redox inférieur, qui abandonne ensuite les électrons à l'anode.Ce composé, connu sous le nom de médiateur, doit également avoir un potentiel redox plus élevé que l'anode.Cette étape supplémentaire implique une perte d'énergie et donc la pile à combustible est dans la pratique moins efficace qu'elle ne pourrait l'être en théorie.

Les cellules biocarburants sont un domaine de recherche active et diverses solutions possibles à ces problèmes sont étudiées.Parmi les possibilités, il y a l'utilisation de bactéries dans les piles à combustible microbiennes.Les bactéries réducteurs de fer qui vivent dans des conditions anaérobies montrent une promesse particulière car elles réduisent naturellement le fer dans son état d'oxydation de +3 dans son état d'oxydation de +2.Le fer peut ensuite abandonner un électron à l'anode, revenir à son état +3 et agir comme une molécule de médiateur naturel en transférant les électrons des bactéries à l'anode.

Les principaux avantages des cellules biocarburants sont qu'elles ne sont pas polluantes., ne nécessite pas de catalyseurs coûteux et utilisez des matières premières courantes, peu coûteuses et facilement renouvelables.Les principaux inconvénients deLes cellules de biocarburant sont leur inefficacité et leur faible débit.En 2011, cependant, il y a espère que ces problèmes pourront être surmontés, ouvrant une nouvelle gamme de possibilités.Ceux-ci incluent non seulement les énergies bon marché, propres et renouvelables, mais aussi la perspective de cellules de biocarburant implantées, fonctionnant sur des substances produites par le corps, utilisées pour alimenter les dispositifs médicaux tels que les stimulateurs cardiaques.