Le traitement des eaux usées est vital pour éliminer les agents pathogènes, mais il est incroyablement énergivore. La capacité de les traiter de manière plus durable est un défi que les chercheurs du WMG de l'université de Warwick ont réussi à relever. Ils ont notamment utilisé des tapis de fibres de carbone recyclées pour produire de l'hydrogène à partir des eaux usées.
Le traitement des eaux usées est un processus vital, car il permet d'éliminer les agents pathogènes et de protéger l'environnement. Toutefois, il a un coût environnemental propre. Il est en effet très énergivore et représente environ 3 % de la consommation d'énergie au Royaume-Uni. Ce qui représente l'équivalent de 13 milliards de kilowattheures.
La société de distribution d'eau et de traitement des déchets Severn Trent a demandé à des chercheurs du WMG de l'université de Warwick de trouver un moyen plus efficace de traiter les eaux usées. Pour ce faire, ils se sont notamment appuyé sur les recherches menées sur les cellules d'électrolyse microbienne.
De l'hydrogène à partir d'eaux usées
Les cellules d'électrolyse microbienne consistent à utiliser des micro-organismes électromagnétiques pour décomposer les polluants organiques dans les eaux usées. Ce qui produit ainsi de l'eau propre et de l'hydrogène. La capacité à produire de l'hydrogène est précieuse en soi. Elle peut en effet être vendue à l'industrie chimique et plastique. Ou sinon, utilisée dans des piles à combustible à hydrogène pour le stockage de l'énergie ou les véhicules électriques.
Bien que tout cela semble prometteur, il n'a pas encore été développé à l'échelle industrielle. Les matériaux anodiques sont en graphite ou en carbone. Ils coûtent plusieurs centaines de livres par mètre carré et produisent de faibles quantités d'hydrogène. Des matériaux qui sont notamment utilisés dans la réaction pour décomposer les polluants organiques.
Le Dr Stuart Coles et son équipe ont donc relevé le défi d'affiner la technique en recherchant des matériaux d'anode alternatifs et des méthodes de traitement. Ils ont ainsi identifié avec succès des tapis de fibres de carbone recyclées comme anode alternative. Des matériaux qui ne coûtent que 2 £ par mètre carré. Ce qui les rend nettement moins chers que les matériaux d'anode existants.
Après avoir testé les tapis de fibres de carbone sur des eaux usées synthétiques et réelles, les chercheurs ont constaté que les bactéries se développaient sur l'anode en fibres de carbone recyclées. Ce qui présentait une meilleure tolérance à la température et produisait plus d'hydrogène que les matériaux utilisés précédemment.
Ils ont ensuite décidé de tester leurs techniques sur le site de traitement des déchets de Minworth de Severn Trent. Un site où ils ont traité avec succès jusqu'à 100 litres d'eaux usées par jour. Ils sont ensuite parvenus à éliminer 51 % des polluants organiques et jusqu'à 100 % des solides en suspension dans l'eau tout en produisant 18 fois plus d'hydrogène (à 100 % de pureté) que le matériau en graphite.
Une technique encore en cours d'optimisation
Le Dr Stuart Coles, du WMG de l'université de Warwick, commente :
« Nous sommes vraiment enthousiasmés par cette technologie. En prenant les déchets des secteurs automobile et aérospatial, nous avons mis au point une solution circulaire à un problème de longue date. Au lieu de nous contenter de traiter les eaux usées, nous sommes désormais en mesure d'en extraire de la valeur sous forme d'hydrogène à un coût plus faible que jamais.
« La prochaine phase de ce travail consistera à optimiser la conception des cellules d'électrolyse microbienne. Pour cela, il faut réduire davantage le niveau de polluants dans l'eau. Cela devrait permettre de produire encore plus d'hydrogène. »
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