Informatique alimentée par les algues : des scientifiques créent une cellule photovoltaïque biologique fiable et renouvelable

Le système, de taille comparable à une pile AA, contient un type d’algue non toxique appelée Synéchocyste qui récupère naturellement l’énergie du soleil grâce à la photosynthèse. Le petit courant électrique ainsi généré interagit ensuite avec une électrode en aluminium et est utilisé pour alimenter un microprocesseur.

Le système est fait de matériaux courants, peu coûteux et largement recyclables. Cela signifie qu’il pourrait facilement être reproduit des centaines de milliers de fois pour alimenter un grand nombre de petits appareils dans le cadre de l’Internet des objets. Les chercheurs disent qu’il est susceptible d’être le plus utile dans des situations hors réseau ou dans des endroits éloignés, où de petites quantités d’énergie peuvent être très bénéfiques.

La croissance de l’Internet des objets a besoin d’une quantité croissante d’énergie, et nous pensons que cela devra provenir de systèmes capables de générer de l’énergie, plutôt que de simplement la stocker comme des batteries, a déclaré le professeur Christopher Howe du département de biochimie de l’Université de Cambridges, co-responsable auteur du papier.

Il a ajouté : Notre appareil photosynthétique ne se décharge pas comme une batterie parce qu’il utilise continuellement la lumière comme source d’énergie.

Dans l’expérience, l’appareil a été utilisé pour alimenter un Arm Cortex M0 +, qui est un microprocesseur largement utilisé dans les appareils Internet des objets. Il a fonctionné dans un environnement domestique et dans des conditions semi-extérieures sous la lumière naturelle et les fluctuations de température associées, et après six mois de production d’électricité continue, les résultats ont été soumis pour publication.

L’étude est publiée aujourd’hui dans la revue Sciences de l’énergie et de l’environnement.

Nous avons été impressionnés par la cohérence avec laquelle le système a fonctionné sur une longue période, nous pensions qu’il pourrait s’arrêter après quelques semaines, mais il a continué, a déclaré le Dr Paolo Bombelli du département de biochimie de l’Université de Cambridges, premier auteur de l’article.

L’algue n’a pas besoin d’être nourrie, car elle crée sa propre nourriture lors de la photosynthèse. Et malgré le fait que la photosynthèse nécessite de la lumière, l’appareil peut même continuer à produire de l’électricité pendant les périodes d’obscurité. Les chercheurs pensent que c’est parce que l’algue transforme une partie de sa nourriture lorsqu’il n’y a pas de lumière, ce qui continue à générer un courant électrique.

L’Internet des objets est un réseau vaste et croissant d’appareils électroniques – chacun n’utilisant qu’une petite quantité d’énergie – qui collectent et partagent des données en temps réel via Internet. Utilisant des puces informatiques et des réseaux sans fil à faible coût, plusieurs milliards d’appareils font partie de ce réseau – des montres intelligentes aux capteurs de température dans les centrales électriques. Ce chiffre devrait atteindre un billion d’appareils d’ici 2035, nécessitant un grand nombre de sources d’énergie portables.

Les chercheurs affirment qu’alimenter des billions d’appareils de l’Internet des objets à l’aide de batteries lithium-ion ne serait pas pratique : il faudrait trois fois plus de lithium que ce qui est produit chaque année dans le monde. Et les appareils photovoltaïques traditionnels sont fabriqués à partir de matériaux dangereux qui ont des effets néfastes sur l’environnement.

Le travail était une collaboration entre l’Université de Cambridge et Arm, une entreprise leader dans la conception de microprocesseurs. Arm Research a développé la puce de test ultra-efficace Arm Cortex M0+, construit la carte et mis en place l’interface cloud de collecte de données présentée dans les expériences.

La recherche a été financée par le National Biofilms Innovation Centre.

Référence

Bombelli, P et al : Alimenter un microprocesseur par photosynthèse. Sciences de l’énergie et de l’environnement, mai 2022. DOI : 10.1039/D2EE00233G