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)

CO2 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 ?

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 H2O H2 O2

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.

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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.