Réacteur bioélectrochimique - Bioelectrochemical reactor

Un réacteur bioélectrochimique est un type de bioréacteur dans lequel des processus bioélectrochimiques sont utilisés pour dégrader / produire des matières organiques à l'aide de micro-organismes. Ce bioréacteur est divisé en deux parties: L' anode , où se déroule la réaction d' oxydation ; Et la cathode , où se produit la réduction . Sur ces sites, les électrons sont acheminés vers et depuis les microbes pour réduire la puissance des protons, décomposer les déchets organiques ou d'autres processus souhaités. Ils sont utilisés dans l' électrosynthèse microbienne , l'assainissement de l'environnement et la conversion d'énergie électrochimique . Des exemples de réacteurs bioélectrochimiques comprennent des cellules d'électrolyse microbiennes , des piles à combustible microbiennes , biopiles enzymatiques , électrolyse cellules, cellules microbiennes électrosynthèse et biobatteries .

Des principes

Le courant électronique est inhérent au métabolisme microbien. Les micro-organismes transfèrent des électrons d'un donneur d'électrons (espèce à potentiel inférieur) à un accepteur d'électrons (espèce à potentiel plus élevé). Si l'accepteur d'électrons est un ion ou une molécule externe, le processus s'appelle la respiration. Si le processus est interne, le transfert d'électrons est appelé fermentation. Le micro-organisme tente de maximiser son gain d'énergie en sélectionnant l'accepteur d'électrons avec le potentiel le plus élevé disponible. Dans la nature, les minéraux contenant principalement des oxydes de fer ou de manganèse sont réduits. Les accepteurs d'électrons solubles sont souvent appauvris dans l'environnement microbien. Le micro-organisme peut également maximiser son énergie en sélectionnant un bon donneur d'électrons qui peut être facilement métabolisé. Ces processus sont effectués par transfert d'électrons extracellulaire (EET). Le gain d'énergie théorique ΔG pour les microorganismes est directement lié à la différence de potentiel entre l'accepteur d'électrons et le donneur. Cependant, des inefficacités comme la résistance interne réduiront ce gain d'énergie. L'avantage de ces dispositifs est leur haute sélectivité dans les processus à grande vitesse limitée par des facteurs cinétiques.

Les espèces les plus couramment étudiées sont Shewanella oneidensis et Geobacter sulfurreducens . Cependant, plus d'espèces ont été étudiées ces dernières années.

Le 25 mars 2013, des scientifiques de l' Université d'East Anglia ont pu transférer une charge électrique en permettant aux bactéries de toucher une surface métallique ou minérale. La recherche montre qu'il est possible de «relier» les bactéries directement aux électrodes.

Histoire

En 1911, M. Potter a décrit comment les conversions microbiennes pouvaient créer une puissance réductrice, et donc un courant électrique. Vingt ans plus tard, Cohen (1931) a étudié la capacité des bactéries à produire un flux électrique et il a noté que la principale limitation est la faible capacité de génération de courant dans les micro-organismes. Berk et Canfield (1964) n'ont construit la première pile à combustible microbienne (MFC) que dans les années 60.

Actuellement, les recherches sur les réacteurs bioélectrochimiques se multiplient. Ces dispositifs ont de réelles applications dans des domaines comme le traitement de l'eau, la production et le stockage d'énergie, la production de ressources, le recyclage et la valorisation.

Applications

Traitement de l'eau

Les réacteurs bioélectrochimiques trouvent une application dans le domaine du traitement des eaux usées. Les procédés actuels à boues activées sont peu rentables en termes d'énergie et de coût en raison de l'entretien des boues, des besoins d'aération et des besoins énergétiques. En utilisant un réacteur bioélectrochimique qui utilise le concept de filtrage par ruissellement , ces inefficacités peuvent être corrigées. Lors du traitement des eaux usées à l'aide de ce réacteur, la nitrification, la dénitrification et l'élimination de la matière organique ont lieu simultanément dans des conditions aérobies et anaérobies en utilisant plusieurs microbes différents situés sur l'anode du système. Bien que les paramètres de traitement du réacteur affectent la composition globale de chaque microbe, le genre Geobacter et le genre Desulfuromonas sont fréquemment trouvés dans ces applications.

Dans la culture populaire

Voir également

Les références

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Liens externes

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