Le fait que certains microbes produisent des électrons dans le cadre de leur métabolisme a été découvert il y a plus de 100 ans. Des chercheurs valaisans ont utilisé cette propriété et construit une batterie qui produit de l’électricité à partir d’eaux usées et de microbes.
Dass gewisse Mikroben im Rahmen ihres Stoffwechsels Elektronen produzieren, wurde bereits vor über 100 Jahren festgestellt. Forschende haben im Wallis diese Eigenschaft genutzt und eine Batterie gebaut, die aus Abwasser und Mikroben Strom erzeugt.
Peu de gens savent que les stations d’épuration des eaux usées consomment beaucoup d’électricité. Pour résoudre ce problème, des chercheurs de la Haute école d’Ingénierie du Valais ont mis au point un procédé qui utilise les microbes contenus dans les eaux usées pour produire de l’électricité. Ce phénomène, décrit en 1910 puis oublié, a été développé, entre autres, par le Prof. Dr. Fabian Fischer de la HES-SO Valais.
Une batterie de 14 mètres
Selon le Dr Fischer, lui et son équipe ont poursuivi un triple objectif dans ce processus: «diminuer la consommation électrique de la station d’épuration (STEP), produire de l’électricité et purifier l’eau.» La pile à combustible microbienne développée par son équipe génère désormais non seulement suffisamment d’électricité pour charger plusieurs batteries au lithium, mais permet également de traiter gratuitement les eaux usées de la STEP de Châteauneuf-Sion.
Le procédé semble simple à première vue: les eaux usées entrent dans la batterie par un côté. Les microbes adhèrent à des électrodes en mousse de carbone, qui réalisent principalement les processus de dégradation biologique nécessaires au traitement des eaux usées. Comme effet secondaire, les microbes libèrent des électrons pendant leur travail et produisent ainsi de l'électricité. Le système innovant de batterie microbienne que les chercheurs ont construit à la STEP de Châteauneuf-Sion mesure 14 mètres de long et se compose de 64 piles reliées en parallèle et série.
Selon le Dr Fischer, le traitement des eaux usées dans les pays industrialisés consomme un à deux pour cent de l’électricité totale produite. Entre 50 et 70% de la consommation d’électricité des stations d’épuration est due aux cuves de fermentation dans lesquelles les bactéries effectuent des processus de dégradation biologique et qui doivent être ventilées à cet effet. En revanche, en passant à une pile à combustion microbienne, les stations d’épuration des eaux usées passeraient du statut de consommateurs d’électricité à celui de générateurs d’électricité: dans le monde entier, les stations d’épuration des eaux usées pourraient produire l’équivalent de 90 centrales nucléaires.
La Confédération encourage les projets dans le secteur de l'énergie
L’Office fédéral de l’énergie (OFEN) encourage ces projets innovants et créatifs. L’un des appels d’offres actuels est consacré au thème «Vivre et travailler». Les projets soumis doivent être axés sur l’évolution de la consommation d’énergie de la Suisse dans le futur, selon les nouveaux modes de vie et de travail, les changements de comportements en matière de mobilité ou, par exemple, la sensibilisation accrue à l’environnement.
Un autre appel d’offres de l'OFEN est le programme pilote et de démonstration visant à promouvoir les applications et les essais sur le terrain dans le domaine de la mobilité électrique: «Test de marché de véhicules et de machines électriques innovants"». Dans le cadre de ce concours, des contributions financières sont accordées à des projets portant sur l’expérimentation de solutions électriques innovantes dans les domaines du transport de marchandises, des machines mobiles et des véhicules spéciaux.
Kaum jemand weiss, dass durch Kläranlagen sehr viel Strom verbraucht wird. Um dieses Problem zu lösen, haben Forschende der Hochschule Wallis ein Verfahren verfeinert, das die im Abwasser enthaltenen Mikroben zur Stromerzeugung nutzt. Dieses 1910 beschriebene und anschliessend vergessene Phänomen wurde unter anderem von Prof. Dr. Fabian Fischer der Hochschule für Ingenieurwissenschaften im Wallis weiterentwickelt.
Eine 14 Meter lange Batterie
Gemäss Dr. Fischer haben er und sein Team dabei ein dreifaches Ziel verfolgt: «Wir wollten den Stromverbrauch der Kläranlage senken, das Abwasser aufbereiten und Strom erzeugen.» Die von seinem Team entwickelte Brennstoffzelle erzeugt jetzt nicht nur genug Strom, um mehrere Lithium-Batterien zu laden, sondern ermöglicht inzwischen auch die kostenlose Aufbereitung des Abwassers der Kläranlage.
Das Verfahren sieht auf den ersten Blick einfach aus: Das Abwasser fliesst von einer Seite in die Batterie. Dort haften an Elektroden aus Kohlenstoffschaum Mikroben, die primär die für die Abwasserreinigung nötigen biologische Abbauprozesse durchführen. Als Sekundäreffekt setzen die Mikroben während ihrer Arbeit Elektronen frei und produzieren dadurch Strom. Das innovative Mikroben-Batterie-System, das die Forschenden in der Kläranlage Châteauneuf-Sitten gebaut haben, ist 14 Meter lang und aus 64 in Reihe geschalteten Brennstoffzellen zusammengesetzt.
In Industrieländern verbraucht gemäss Dr. Fischer die Abwasserreinigung ein bis zwei Prozent der gesamten produzierten Elektrizität. Der Stromverbrauch der Kläranlagen gehe zwischen 50 und 70 Prozent auf das Konto von Gärbecken, in denen Bakterien biologische Abbauprozesse durchführen und die dafür belüftet werden müssen. Durch den Umbau zu einer mikrobiellen Brennstoffzelle würden Kläranlagen aber vom Stromverbraucher zum Stromerzeuger werden: Weltweit könnten Abwasserreinigungsanlagen Strom im Äquivalent von 90 Kernkraftwerken erzeugen.
Der Bund fördert Projekte im Energiebereich
Das Bundesamt für Energie (BFE) fördert solche innovativen und kreativen Projekte. Eine aktuelle Auschreibung widmet sich dem Thema «Living & Working»: Im Zentrum der eingereichten Projekte soll der sich künftig verändernde Energieverbrauch der Schweiz durch neue Lebens- und Arbeitsweisen, ein anderes Mobilitätsverhalten oder etwa steigendes Umweltbewusstsein stehen.
Eine weitere Aussschreibung des BFE ist das Pilot- und Demonstrationsprogramm zur Förderung von Anwendungen und Feldtests im Bereich der Elektromobilität: «Markterprobung von innovativen Elektrofahrzeugen und -maschinen». Im Rahmen dieses Wettbewerbs werden Förderbeiträge an Projekte vergeben, die sich mit der Erprobung von innovativen elektrischen Lösungen in den Bereichen Güterverkehr, mobile Maschinen und Spezialfahrzeuge befassen.
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