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La pile à combustible microbienne

Ce document contient des informations brevetables. Or l'auteur refuse toute forme d'appropriation de ces informations, et publie, ce jour du 10 septembre 2013 ces informations dans le but de ne jamais être brevetées. Ces informations sont donc publiques et à la disposition de tous. Chacun peut les utiliser à sa guise comme il le désire.

 Avertissement : il ne s'agit que d'un projet. Attention, je n'ai jamais essayé, et rien ne garantit que ça marche. Toutefois, si un parmi vous veut faire un essai, je lui serais reconnaissant  de bien vouloir me faire part de ses avancées.
Si je publie dès maintenant c'est pour être sûr que rien ne soit breveté.

Aucun des systèmes productif d'électricité me convient.
L'électricité fournie par les opérateurs est trop chère et de moins en moins à la portée du consommateur.
L'hydroélectricité domestique est intéressante mais elle nécessite d'avoir un cours d'eau dans sa propriété.
L'éolien présente l'inconvénient d’être coûteux et sensible à la tempête.
Le panneau solaire, au bout de 10 ans de fonctionnement, ne produit que 50% de l'électricité que lorsqu'il était neuf.
De plus l'éolien et le photovoltaïque nécessitent de stocker l'électricité. De plus, les panneaux solaires contiennent des métaux lourds comme le cadmium.

Il me fallait donc trouver un moyen qui produise de l'électricité 24/24 heures et quelle que soit la saison.
Par contre, une faible puissance nous suffit. Avec la microconsommation, avoir minimum 50 watts/heure est suffisant.

La pile à combustible microbienne semble répondre à toutes ces contraintes. En effet, d'après la thèse qui vous est disponible en fichier joint à la fin de ce document, il est possible de transformer tout milieu microbien en source d'électricité. En ce qui nous concerne, nous avons un système qui devrait parfaitement se prêter à ce rôle, à savoir la fosse à roseaux.

Dans ce cas notre fosse à roseaux non seulement nous épurerait toutes nos eaux usées mais, cerise sur le gâteau, nous fournirait l'électricité pour toute notre maison autonome ..... le rêve !

De plus, cette production d'électricité est extrêmement discrète. En effet, il faut savoir qu'en Espagne, les multinationales commencent à gravement souffrir du fait que tous les espagnols se mettent à l'autonomie. Alors leur ridicule parade est simple : taxer les panneaux solaires. Or s'il est facile de voir les panneaux solaires simplement en allant sur google maps, il est quasiment impossible de déceler une fosse à roseaux de 15 m2 seulement au milieu d'une pelouse ! :)

Il faut savoir que dans une fosse à roseaux, nous profitons d'une symbiose. En effet, aux racines des rhizomes des roseaux se développent des milliards de bactéries aérobies dont l'oxygène est fourni par les racines du rhizome et se nourrit de la matière organique contenue de l'eau usée de notre fosse septique.

Il faut savoir que chaque bactérie se comporte comme une petite pile. Sa membrane externe est faite de molécules contenant des atomes d'hydrogène. Or, pour son métabolisme, elle va prélever des électrons aux atomes d'hydrogène qu'elle stocke l'intérieur. Ce sont ces électrons que nous allons capter pour générer notre électricité.

Nous allons donc mettre nos bactéries dans un milieu où elles pourront s'accrocher et nous plongerons au milieu d'elles une électrode sous la forme d'un fil inox qui sera l'anode. Puis à proximité, nous allons disposer une membrane avec des trous hyperfins, tellement fins qu'ils ne laissent passer que les atomes d'hydrogène. Derrière cette membrane, nous mettrons une surface poreuse conductrice qui formera la cathode.

Le fonctionnement est alors le suivant. Les électrons présents à l'intérieur de la bactérie, vont transiter par l'anode, puis dans le circuit électrique de notre maison pour finir vers la cathode. Pendant ce temps, les molécules contenant les atomes d'hydrogènes privés de leur électron se détachent de la cellule ; ce sont les cations. Ces derniers migrent à travers la membrane à la rencontre de l'électron qui les attend pour former une molécule entière d'eau.

Avec moi, pas de théorie, tout dans la pratique et le concret !

Tout d'abord, il nous faut un petit nid douiller pour nos bactéries. Les chercheurs utilisent du carbone vitreux réticulé, une substance parfaite mais hors de prix (300 € minimum le petit barreau). Nous, pauvres petits du peuple, nous utiliserons à la place du charbon actif (3 € les 300 grammes) acheté en aquariophilie. Le charbon actif est bourré de micro-pores dans lesquels les bactéries pourront s'accrocher.

En premier lieu, nous prenons le charbon actif que nous pilons avec un marteau jusqu'à obtenir des fines paillettes mais sans atteindre le stade de la poussière.

Dans le sable de notre fosse à roseaux, nous allons creuser dans le sable un sillon d'environ 5cm par 5cm que nous remplissons à moitié hauteur de charbon actif, puis nous disposerons dessus un rhizome de roseau, un fil fin inox tout le long de ce rhizome, et nous finissons en recouvrant le tout à nouveau avec du charbon actif. Ainsi, le rhizome va démarrer ses racines dans le charbon actif puis progresser dans le sable.

Cet ensemble, charbon actif, fil inox et rhizome forme notre anode. Le fil inox qui nous aurons fait dépasser verticalement à une de ses extrémités formera le coté négatif de notre pile à combustible microbienne.

Ensuite il nous reste la cathode à fabriquer.

 
Pour se faire nous allons utiliser une membrane cationique modèle Electrolysis, pH 1-14 que l'on peut commander ici. Nous allons faire prendre cette membrane entre 2 cadres rigides. D'un coté de cette membrane, nous allons répandre du charbon actif. Régulièrement dans ce charbon actif nous allons insérer des fils verticaux inox qui dépasseront sur le haut de la cathode. Nous maintenons plaqué ce charbon actif contre la membrane à l'aide d'un tissus minéral poreux tenu par un troisième cadre. Enfin, nous disposons un quatrième cadre ouvert tout le long de son coté haut pour laisser passer l'air, et nous finissons avec un couvercle arrière. Enfin, reliez toutes les extrémités des fils inox dépassant dessus à un fil inox unique horizontal.
Attention, il est important que l'air puisse passer sur toute la surface arrière du charbon actif. Donc ne jamais boucher l’ouïe que vous avez réaliser en haut. Autre point capital, mis à part l’ouïe de dessus, tout doit être parfaitement étanche.
 
 
Pour assembler le tout, utilisez des boulons écrous comme indiqué sur les schémas.


Installation de la cathode dans la fosse à roseaux

Creusez un sillon dans le sable au raz du charbon actif tout le long de l'anode. Installez délicatement la cathode et remettez du sable de part et d'autre en veillant de ne surtout pas mettre d'eau par l’ouïe supérieure.

Attention, protégez l’ouïe supérieure de la pluie.

Voilà votre installation est terminée. Attendez au moins 1 mois que les bactéries colonisent les racines du rhizome et vous devriez disposer d'une source électrique entre le fil inox de l'anode et le fil inox horizontal de la cathode.

Branchez les anodes/cathodes en série jusqu'à obtenir une tension de 12V. Vous créez ainsi un certain nombre de batteries 12 V. Puis vous branchez ces batteries en parallèle pour augmenter la capacité en ampérage. Bien entendu, plus vous installez de couple anode/cathode et plus vous disposerez de puissance.

D'après la thèse en pièce jointe ci-dessous et le fabriquant de la membrane, contrairement au panneau solaire, la durée de vie d'une pile à combustible biologique est infinie.

Théoriquement, je dis bien théoriquement, vous devriez disposer de entre 100 et 1000 watts par heure sous 12 V pour un fosse de 15M2.
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cathode2.skp
(1745k)
Jean-Luc Cadiot,
13 mai 2014 à 01:15
Ċ
pcm.pdf
(14739k)
Jean-Luc Cadiot,
10 sept. 2013 à 03:37