Alors que nous réfléchissons à la manière dont nous allons répondre aux besoins en énergie croissants du monde au cours du 21ème siècle, la discussion oscille généralement entre les combustibles fossiles tels que le charbon, le pétrole et le gaz naturel et les sources d'énergie alternatives émergentes telles que l'énergie éolienne et solaire. . Cependant, de plus en plus de scientifiques et d'ingénieurs étudient la possibilité de puiser dans une source d'énergie improbable pour produire de l'électricité: les eaux usées que nous évacuons régulièrement.
Plus tôt cette semaine, les ingénieurs de l'Oregon State University ont annoncé une nouvelle avancée dans les piles à combustible microbiennes générant de l'électricité à partir des eaux usées. Comme décrit dans un article de la revue Energy and Environmental Science, ils ont développé une technologie utilisant des bactéries pour récupérer l’énergie des composants biodégradables des eaux usées à un rythme 10 à 50 fois plus efficace que les méthodes précédentes.
Ingénieur Hong Liu travaille avec la pile à combustible dans le laboratoire. (Photo via Oregon State University) «Si cette technologie fonctionne à l'échelle commerciale comme nous le croyons, le traitement des eaux usées pourrait être un énorme producteur d'énergie, pas un coût énergétique énorme», a déclaré Hong Liu, l'un des auteurs de l'étude. "Cela pourrait avoir un impact dans le monde entier, économiser beaucoup d'argent, améliorer le traitement de l'eau et promouvoir la durabilité énergétique."
À l'heure actuelle, les experts estiment que les méthodes conventionnelles utilisées pour traiter les eaux usées consomment beaucoup d'énergie: environ 3% de toute l'électricité utilisée dans le pays. Si les scientifiques sont en mesure de trouver un moyen efficace de générer de l'électricité dans le cadre du processus, ils pourraient renverser cette équation. Le concept existe depuis un certain temps, mais ce n’est que récemment que des progrès concrets nous ont rapprochés de l’utilisation commerciale de ce principe.
Les méthodes précédentes reposaient sur la digestion anaérobie, dans laquelle les bactéries décomposent les éléments biodégradables dans les eaux usées en l'absence d'oxygène et produisent du méthane (gaz naturel) en tant que sous-produit. Ce gaz peut ensuite être collecté et brûlé comme carburant.
La technologie de l'équipe de l'Oregon State, au contraire, exploite le matériau biodégradable dans les eaux usées pour alimenter des bactéries aérobies, qui digèrent les substances avec l'utilisation de l'oxygène. Lorsque les microbes oxydent ces composants des eaux usées et, à leur tour, nettoient l'eau, ils produisent un flux constant d'électrons. Lorsque les électrons circulent de l'anode à la cathode dans une pile à combustible, ils produisent un courant électrique qui peut être directement utilisé comme source d'alimentation. De plus, ce processus nettoie l'eau plus efficacement que la digestion anaérobie et ne produit pas de sous-produits indésirables.
En laboratoire, la configuration de l'équipe (qui améliore les conceptions précédentes avec des anodes et des cathodes plus rapprochées et un nouveau processus de séparation des matériaux isolant le contenu organique des eaux usées sous une forme plus concentrée) produisait plus de deux kilowatts par mètre cube d'eaux usées, une quantité significativement supérieure aux technologies de digestion anaérobie précédentes. À titre de comparaison, le ménage américain moyen consomme environ 1, 31 kilowatt d’électricité à un moment donné. Le nouvel appareil peut fonctionner sur n'importe quel type de matière organique, non seulement les eaux usées, mais également la paille, les déchets d'animaux et les sous-produits de la production industrielle de bière et de produits laitiers.
Les chercheurs disent avoir prouvé que la technologie était utilisée à une assez grande échelle en laboratoire et qu'ils étaient prêts à mener une étude pilote à grande échelle. Ils recherchent des fonds pour mettre en place une pile à combustible à grande échelle, idéalement associée à une usine de traitement des aliments, qui produirait un flux constant et à volume élevé d'eaux usées. Ils prévoient que, une fois la technologie éprouvée et les coûts de construction réduits, l'application de ce type de traitement des eaux usées produira de l'électricité renouvelable à faible coût et réduira les coûts de traitement des eaux usées.
Cette technologie serait particulièrement intéressante dans un pays en développement, où elle résoudrait immédiatement deux problèmes: le manque d'électricité bon marché et le manque d'eau potable. Les recherches visant à améliorer l'efficacité du processus sont toujours en cours, mais il semble que les jours de vidange d'énergie dans les toilettes seront bientôt terminés.
