Produire de l’électricité verte avec des plumes de poulet

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La kératine des plumes de poulet devient une membrane durable dans une pile à co
La kératine des plumes de poulet devient une membrane durable dans une pile à combustible. (Graphique : ETH Zurich / NTU)
Les déchets inutilisés de la production alimentaire deviennent de l’énergie propre : des chercheurs de l’ETH Zurich et de l’Université technique de Nanyang utilisent des plumes de poulet pour rendre les piles à combustible moins chères et plus durables.

L’industrie alimentaire génère d’énormes quantités de déchets et de sous-produits, y compris la production de volaille. Chaque année, près de 40 millions de tonnes de plumes de poulet sont incinérées. Cela libère non seulement de grandes quantités de CO2, mais aussi des gaz toxiques comme le dioxyde de soufre.

Des chercheurs de l’ETH Zurich et de l’Université technique de Singapour (NTU) ont trouvé un moyen d’utiliser ces plumes de manière judicieuse. Grâce à un procédé simple et écologique, ils extraient la protéine kératine des plumes et la transforment en fibres très fines, appelées fibrilles amyloïdes. Ces filaments de kératine sont ensuite utilisés dans la membrane d’une pile à combustible.

Les piles à combustible produisent de l’électricité sans CO2 à partir d’hydrogène et d’oxygène et ne dégagent que de la chaleur et de l’eau. Elles pourraient jouer un rôle important à l’avenir en tant que source d’énergie durable. Le c½ur de chaque pile à combustible est une membrane semi-perméable. Elle laisse passer les protons, mais bloque les électrons, ce qui les force à circuler via un circuit externe de l’anode chargée négativement à la cathode chargée positivement, produisant ainsi du courant électrique.

Utiliser judicieusement les déchets industriels

Dans les piles à combustible traditionnelles, des produits chimiques hautement toxiques ("Forever Chemicals") sont utilisés jusqu’à présent pour de telles membranes. Ils sont chers et ne sont pas dégradables dans l’environnement. En revanche, la membrane développée par les chercheurs de l’EPF et de la NTU est principalement composée de kératine biologique, qui est respectueuse de l’environnement et disponible en grandes quantités - les plumes de poulet sont composées à 90% de kératine. La membrane est ainsi jusqu’à trois fois moins chère que les membranes traditionnelles dès sa fabrication en laboratoire.

"Depuis quelques années, j’étudie intensivement différentes possibilités d’utiliser les déchets alimentaires pour les systèmes d’énergie renouvelable", explique Raffaele Mezzenga, professeur d’alimentation et de matériaux mous à l’ETH Zurich. "Avec notre dernier développement, nous bouclons la boucle : la même substance qui libère du CO#x#sub#2 et des gaz toxiques lorsqu’elle est brûlée, remplace les substances toxiques sur son nouveau lieu d’activité et empêche également la libérationde CO2, ce qui nous permet d’améliorer le bilan de CO#x#sub#2", poursuit Mezzenga.

Uneutilisation polyvalente

Toutefois, pour que l’hydrogène devienne une source d’énergie durable, d’autres défis doivent être relevés. "L’hydrogène est l’élément le plus répandu dans l’univers, mais malheureusement pas sur la Terre", explique Mezzenga. Comme l’hydrogène n’y est pas présent à l’état pur, il doit être produit à grand renfort d’énergie. Là aussi, la nouvelle membrane pourrait rendre de bons services à l’avenir, car elle peut être utilisée non seulement dans les piles à combustible, mais aussi dans la décomposition de l’eau.

Lors de ce que l’on appelle l’électrolyse, un courant continu traverse l’eau, à la suite de quoi de l’oxygène se forme à l’anode, qui est cette fois chargée positivement, tandis que de l’hydrogène s’échappe de la cathode, chargée négativement. L’eau pure n’est pas assez conductrice pour ce processus et nécessite souvent l’ajout d’acides. La nouvelle membrane est toutefois perméable aux protons et permet ainsi la migration des particules entre l’anode et la cathode, nécessaire à la dissociation de l’eau, même dans l’eau pure.

Brevet en cours d’homolog ation

Dans une prochaine étape, les chercheurs vont maintenant étudier la stabilité et la longévité de leur membrane de kératine et éventuellement l’améliorer. L’équipe de recherche a déjà déposé un brevet commun pour la membrane et cherche maintenant des investisseurs ou des entreprises pour continuer à développer la technologie et la mettre sur le marché.
Vanessa Bleich