Energies renouvelables Biohydrogène: une alternative

Energies renouvelables
Biohydrogène: une alternative
intéressante
Elèves du Biennio ITIS
V IPIA Spécialisation Technique de chimie et biologie
“ Leonardo da Vinci”
Florence
Prof. Claudia Polverini
En partenariat avec
Université de Florence – Département de
Biotechnologies Agraires
Le problème
Au cours des derniers 100 ans la demande énergétique a
crû beaucoup (voir le tableau ci-dessous). Dans le
tableau on avance 3 hypothèses de scénarios possibles
en relation à l'augmentation de la population mondiale et
des consommations d’énergie. Même dans un scénario
sujet à des fortes restrictions énergétiques, dans le 2100
la demande mondiale équivaudra au double de celle
actuelle.
L’emploi des combustibles fossiles auxquels nous nous
sommes
confiés
substantiellement
jusqu'à
aujourd’hui pour obtenir de l'énergie remet en
circulation du CO2 fossile qui détermine un
accroissement du flux avec augmentation de l'effet
serre.
Même la Commission Européenne, en référence aux
analyses sur l’augmentation de la température moyenne
globale conduites par l’IPCC, juge que le scénario
classifié comme « intermédiaire », il ne peut pas se
définir soutenable pour ses conséquences sur
l'environnement, sur la santé de l'homme, sur
l'agriculture et sur le tourisme.
La Commission européenne a estimé qu’une
augmentation de la température inférieure à 2 degrés
centigrades déterminerait des conséquences encore
gérables et contrôlables et ne pas encore irréversibles.
Cet objectif implique une stabilisation de la concentration
de CO2 en atmosphère au dessous des 550 ppmv
(parties pour million en volume) qu’on pourrait obtenir
par une réduction des émissions de gaz serre dans le
2050 du 50% en atteignant les valeurs enregistrés en
1990 (ENEA Rapport Énergie 2006)
Les biomasses sont
extrêmement importantes
aujourd'hui dans la
recherche de sources
d'énergie renouvelables
La combustion de biomasses
produit de toute façon du
gaz serre et donc comment
on peut abattre la
production de CO2 ?
CO2
Une conversion biochimique est cela qui prévoit la
possibilité de tirer de l'énergie pas directement des
biomasses mais plutôt d’un vecteur énergétique :
l'hydrogène.
Ceci peut avoir un impact environnemental presque nul et il
peut être réalisé à partir des sources énergétiques
primaires renouvelables, interchangeables et vastement
disponibles
L'hydrogène
L'hydrogène est l'élément chimique le plus léger. Il est
très mobil et difficile à stocker et traiter en sûreté
parce qu'il est très inflammable et forme un mélange
explosif avec l'oxygène de l'air.
Ces facteurs rendent son utilisation compliquée.
Comme vecteur énergétique il serait idéal pour réduire
les émissions de CO2 dans l'atmosphère ; en effet si
sa production est « verte » l'utilisation comme
combustible n'aurait pas quelque contre-indication
pour l’environnement, cela étant eau pure produite
par sa combustion
H2
O2
H2O
Production de l’hydrogène
Les recherches actuelles se concentrent sur deux
modalités: la production d’hydrogène par les
microorganismes photosynthétiques et celle-là de
bactéries hétérotrophes fermentantes.
Mais pourquoi s'adresser vers ce type de recherche ? La
microbiologie représente un procédé à bas impact
environnemental en utilisant des sources
renouvelables (par ex. les résidus de l'industrie
agraire).
• Les procédés essentiels sont la biophotolyse de l'eau,
la fermentation de mélanges organiques, la
photofermentation. Pour des ces procédés les types
suivants de microorganismes sont étudiés : les
microalgues vertes, les cyanobactéries, les bactéries
rouges pas sulfureuses, les bactéries fermentantes du
genre Clostridium.
Systèmes de production
Biophotolyse directe :
En pratique pour la biophotolyse de l'eau on utilisé le procédé naturel de
la photosynthèse effectuée de tous les organismes photoautotrophes.
Photofermentation
Dans les bactéries rouges pas sulfureuses l'énergie lumineuse n'effectue
pas les photolyse de l'eau et donc il n’y a pas de production de O2.
Pour ce procédé on utilise les substances organiques à bas poids
moléculaire comme source d'hydrogène en particulier des acides
organiques et donc la réaction est appelée des photofermentation
Fermentation
Les bactéries qui induisent la fermentation ont des hautes vitesses de
déroulement d'hydrogène .
La production d'hydrogène par les substrats organiques est continue
(jour et nuit).
L'Hydrogène est produit de beaucoup de types de substrats « pauvres ».
Systèmes intégrés
Les systèmes hybrides sont constitués par bactéries
photosynthétiques et non.
La combinaison des deux types de bactéries est en gré de
produire avant des molécules à partir de la décomposition
de mélanges organiques de type différent (reflue civils et/ou
industriels, refus organiques d'origine différente, etc) en
utilisant des substrats qui constituent aujourd'hui les
déchets (qui devraient être stockés avec emploi de
ressources économiques) pour produire de l'énergie propre.
Activité de laboratoire
Si on veut expérimenter de voisin l'action des
microorganismes il est possible réaliser deux activités :
l'observation au Microscopes Optiques (M.O) de ces
microorganismes et la production d'hydrogène en
laboratoire
L'observation est effectuée en utilisant des M.O avec des agrandissements
de 60 X 120 X 480 X et 1200 X avec un objectif à immersion
Expérimenter
Au-delà de l’observation l'objectif de notre activité a été
la production d’hydrogène en laboratoire.
L'expérimentation en laboratoire a été effectuée pour
suivre et quantifier la production d’hydrogène par un
terrain nutritif qui est semblable au produit de
fermentation des déchets organiques par bactéries
fermentantes.
Elèves V Spécialisation Technique de Chimie et Biologie
Prof. Claudia Polverini
Les phases:
Resultats
Les résultats tangibles ont
été une production dans
nos « bioréacteurs » de
2.148 litres de H2 en 166
heures environ avec une
productivité moyenne de
8.43 ml de H2 /L h.
• Les analyses des résultats obtenus nous ont permis
de comprendre mieux l'activité déroulée dans les
instituts de Recherche dans ce secteur .
• Au-delà des difficultés pour optimiser les résultats il
nous a semblé de grande importance inventer
l'exploitation d'un procès qui cherche à utiliser de
l'énergie ancre piégée dans les matériels d'écart.