Alors que la durabilité et l’efficacité énergétique sont devenues des préoccupations majeures, des chercheurs suisses et singapouriens ont trouvé une méthode innovante pour transformer les déchets alimentaires en énergie propre. Leur approche? Utiliser les plumes de poulet pour rendre les piles à combustible plus économiques et durables.
Une industrie alimentaire génératrice de déchets
Chaque année, l’industrie alimentaire génère d’énormes quantités de déchets et de sous-produits, y compris de la production de volaille. Environ 40 millions de tonnes de plumes de poulet sont incinérées chaque année. Ce processus non seulement libère de grandes quantités de CO2, mais produit également des gaz toxiques tels que le dioxyde de soufre.
Une utilisation innovante des plumes de poulet
Les chercheurs de l’ETH Zurich et de l’Université Technologique de Nanyang ont trouvé une manière de mettre ces plumes à bon usage. Grâce à un processus simple et respectueux de l’environnement, ils extraient la protéine kératine des plumes et la transforment en fibres ultra-fines appelées fibrilles amyloïdes. Ces fibrilles de kératine sont ensuite utilisées dans la membrane d’une pile à combustible.
Les piles à combustible : une source d’énergie durable
Les piles à combustible génèrent de l’électricité sans CO2 à partir d’hydrogène et d’oxygène, ne libérant que de la chaleur et de l’eau. Elles pourraient jouer un rôle important en tant que source d’énergie durable à l’avenir.
Au cœur de chaque pile à combustible se trouve une membrane semi-perméable. Elle permet aux protons de passer mais bloque les électrons, les forçant à circuler à travers un circuit externe de l’anode négativement chargée à la cathode positivement chargée, produisant ainsi un courant électrique.
Une utilisation judicieuse des déchets industriels
Dans les piles à combustible conventionnelles, ces membranes ont jusqu’à présent été fabriquées à l’aide de produits chimiques hautement toxiques, ou «chimiques éternels», qui sont coûteux et ne se dégradent pas dans l’environnement.
La membrane développée par les chercheurs de l’ETH et de l’NTU, en revanche, est principalement composée de kératine biologique, qui est compatible avec l’environnement et disponible en grandes quantités – les plumes de poulet sont composées à 90% de kératine. Cela signifie que la membrane fabriquée en laboratoire est déjà jusqu’à trois fois moins chère que les membranes conventionnelles.
En synthèse
La recherche sur l’utilisation des déchets alimentaires pour les systèmes d’énergie renouvelable est en plein essor. Cette dernière innovation ferme un cycle : elle prend une substance qui libère du CO2 et des gaz toxiques lorsqu’elle est brûlée et l’utilise dans un contexte différent.
Avec cette nouvelle technologie, elle remplace non seulement les substances toxiques, mais empêche également la libération de CO2, réduisant ainsi l’empreinte carbone globale. Cependant, il reste encore des défis à surmonter avant que l’hydrogène puisse s’établir comme une source d’énergie durable.
Les chercheurs envisagent maintenant d’étudier la stabilité et la durabilité de leur membrane de kératine, et de l’améliorer si nécessaire. L’équipe de recherche a déjà déposé un brevet conjoint pour la membrane et cherche maintenant des investisseurs ou des entreprises pour développer davantage la technologie et la commercialiser.
Pour une meilleure compréhension
1. Qu’est-ce que la kératine et comment est-elle utilisée dans ce contexte?
La kératine est une protéine présente dans les plumes de poulet. Les chercheurs ont développé un processus pour extraire la kératine des plumes et la transformer en fibrilles ultra-fines, qui sont ensuite utilisées dans la membrane d’une pile à combustible.
2. Comment les piles à combustible fonctionnent-elles?
Les piles à combustible génèrent de l’électricité à partir d’hydrogène et d’oxygène, sans libérer de CO2. Elles ne libèrent que de la chaleur et de l’eau. Au cœur de chaque pile à combustible se trouve une membrane semi-perméable qui permet aux protons de passer mais bloque les électrons, produisant ainsi un courant électrique.
3. Quel est le problème avec les membranes conventionnelles des piles à combustible?
Les membranes conventionnelles des piles à combustible sont fabriquées à l’aide de produits chimiques hautement toxiques, qui sont coûteux et ne se dégradent pas dans l’environnement.
4. Quels sont les avantages de l’utilisation de la kératine ?
La kératine est une substance biologique, compatible avec l’environnement et disponible en grandes quantités. Les plumes de poulet sont composées à 90% de kératine. Cela signifie que la membrane fabriquée en laboratoire est déjà jusqu’à trois fois moins chère que les membranes conventionnelles.
5. Quels sont les défis à surmonter ?
L’hydrogène ne se trouve pas à l’état pur sur Terre, il doit donc être produit, ce qui nécessite beaucoup d’énergie. De plus, la stabilité et la durabilité de la membrane de kératine doivent encore être étudiées et améliorées si nécessaire.
ETH Zurich, Université Technologique de Nanyang
Soon WL, Peydayesh M, de Wild T, Donat F, Saran R, Müller CR, Gubler L, Mezzenga R, Miserez A: Renewable Energy from Livestock Waste Valorization: Amyloid-Based Feather Keratin Fuel Cells. ACS Appl. Mater. Interfaces, September 26, 2023, doi: external page10.1021/acsami.3c10218call_made
