LES PILES À COMBUSTIBLE MICROBIENNES (PACS)cadarache.cea.fr/cad/Documents/Entreprises/... · Med ox Med red CEA | Jeudi 24 mars 2016 . LES APPLICATIONS PRÉDITES | PAGE 6 Traitement

LES PILES À COMBUSTIBLE MICROBIENNES (PACS)

MARS 23, 2016 | PAGE 1 CEA | 10 AVRIL 2012

JEUDI 24 MARS 2016

| Nicolas Chabert ; Wafa Achouak

9èmes Rencontre CEA ó Industrie, en Région PACA, pour l’innovation et le transfert de technologie

BIOTECHNOLOGIES : ENERGIE - ENVIRONNEMENT

LABORATOIRE D’ECOLOGIE MICROBIENNE DE LA RHIZOSPHÈRE ET D’ENVIRONNEMENTS EXTRÊMES

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Réponse adaptative des bactéries

Stress environnementaux Cd/U/NPs

Adaptation aux environnements extrêmes

Piles à combustible microbiennes

Biofilms électrochimiquement actifs

Dialogue moléculaire dans la rhizosphère

Rôle des bactéries dans la santé des plantes

Outils bioinformatiques Analyse de métadonnées Etude in silico

Images and data courtesy of CytoViva, Inc. www.cytoviva.com

Impact des nanoparticules

Biotransformation

Interactions plante-microbes

Risque et cycle de vie

CEA | Jeudi 24 mars 2016

GÉNÉRALITÉS

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CEA | 10 AVRIL 2012

LES PILES À COMBUSTIBLE MICROBIENNES

MARS 23, 2016 | PAGE 4 CEA | Jeudi 24 mars 2016

Matière organique

CO2 H+

O2 H+

2H2O

é e-

ê e-

Bioanode Biocathode

TRANSFERT EXTRACELLULAIRE D’ÉLECTRONS

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Red Ox

Anode

Cathode

Ox Red

Red Ox

Anode

Cathode

Ox Red

Cathode

Ox Red

Red Ox

Anode

Medox Medred

Medox Medred


LES APPLICATIONS PRÉDITES

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  Traitement d’effluents : Eaux usées, sites industriels et agricoles, déchets domestiques (compost, etc…)

  Bioremédiation : Recyclage des déchets

organiques, électrodéposition, dénitrification, etc…

Bio-capteurs de contaminants organiques

  Alimentation de robots autonomes: balises,

capteurs environnementaux, instruments marins,

etc…

  Bio-électrosynthèse

  Synthèse de nanomatériaux Ding et al. 2009; Gu et al. 2015, Tender et al. 2008


Coupler la production d’énergie à d’autres applications

LES AVANTAGES DES PACS

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  Matériaux d’électrodes peu couteux: carbone ou graphite, acier inoxydable,

modification de surface non obligatoire

  Entretien et développement de l’électro-catalyseur spontané à partir du microbiote

  Les biofilms électroactifs sont capables d’oxyder une grande variété de substrats

(fuels): acétate, acides gras volatiles, sucres, alcools, hydrocarbures,… et divers

effluents organiques


LES VERROUS DES PACS

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La réduction de O2 est favorisée à des pH faibles or la croissance microbienne est plus efficace à pH neutre ou alcalin:   Difficulté de trouver un catalyseur efficace   Problème de conception de la pile : Anode vs. Cathode

Biofouling des cathodes à air

Verrou au niveau de la cathode O2 + 4 H+ + 4 e- ó 2 H2O

Biofouling de la face interne d’une cathode à air

Faible conductivité ionique

eaux de surface

HCO3- H

+

Acétate

O2 Anode Cathode

H+

H2O e-

e-

e- e-

pH 8

pH 2-3

- +


NOS ACTIVITÉS: MEILLEURE COMPRÉHENSION DES INTERACTIONS BACTÉRIES CATHODES APPLICATIONS ENVIRONNEMENTALES

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CEA | 10 AVRIL 2012

INTERACTIONS BACTÉRIES CATHODES

MARS 23, 2016 | PAGE 10

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image


e-

O2 H2O

Redinorg Oxinorg

CO2

e-

Cathode

O2 H2O

CO2

  Durabilité dans le temps   Autonomie   Aucun apport organique   Puits à CO2

  Choix de bactérie Chimiolithotrophes

INTERACTIONS BACTÉRIES CATHODES

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image

  Utilisation du CO2 et O2 atmosphérique   Possibilité d’améliorer le biofilm et la

production   Autonome   Longévité : +50 jours

  Performance en condition acide : Acidithiobacillus ferrooxidans


INTERACTIONS BACTÉRIES CATHODES: BIO-ELECTROSYNTHÈSE

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image

CEA | Jeudi 24 mars 2016   Détermination du candidat idéal : Thioalkalivibrio nitratireducens ?

  Profiter des pics de production énergétique pour la synthèse de molécules à haute valeur ajoutée

é e-

ê e-

2CO2 + 7H+ + 8e- èAcétate + 2H2O

2H+ + 2e- è H2

Glucose, H+, e- è Glutamate / propionate / Butanol

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image


CE_B

ol

Sol_Bo

l

Sol_control_Bo

l

WE_Bo

l

CE_B

E

Sol_BE

Sol_control_BE

WE_BE

Bolmonpond Jaibeach

A. m-2 Jai Bolmon

Days

Bolmonpond

ANODE

CA

THODE

Jaibeach

  Production d’énergie   Analyse des communautés   Architecture des biofilms

APPLICATIONS ENVIRONNEMENTALES: ALIMENTATION DE NŒUD DE CAPTEURS

APPLICATIONS ENVIRONNEMENTALES: BIOREMEDIATION

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image


  Coupler la production d’énergie à la décontamination

  Faible cout

  Elimination des polluants organiques et inorganiques environnementaux

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0 0 10 20 30 40 50 60

A.m-2

Time/d

PG65 thick felt

PG65 thin felt

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

FFvsT(WE) FFvsT(CE) FEvsT(WE) FEvsT(CE) T FF FE

Abondancerela,vedesélémentsdosésparICP-MSdanslesréacteurs

U238Pb208Er166Ho165Dy163Tb159Gd157Eu153Sm147Nd144Pr141Ce140La139Ag107Mo95As75Zn66Cu63Ni60Co59Fe56Mn55Cr52V51Al27Mg24

  Dépôt de Fe, Al, Ag, Mn sur électrode

LEMIRE

Wafa Achouak   Mohamed Barakat   Marie Bertrand   Gilles De Luca   Sylvain Fochesato   Thierry Heulin   Philippe Ortet   Catherine Santaella

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  Nicolas Chabert Oulfat Amin Ali Desislava Jivkova

  Mikael Rimboud Anais cuny

  Blanche Collin   Justine Long   Laetitia Tauleigne

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Merci à tous pour votre attention


Partenaires et collaborateurs pour les PACs:

DRF BIAM LEMIRE

Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives Centre de Cadarache| 13108 Saint-Paul-Lez-Durance T. +33 (0)4 42 25 48 27 Etablissement public à caractère industriel et commercial | RCS Paris B 775 685 019 MARS 23, 2016

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