La première batterie fongique biodégradable et imprimée en 3D

Les champignons, en tant qu’organismes eucaryotes, ont longtemps captivé l’humanité grâce à leur potentiel médical, tout en jouant un rôle essentiel dans notre quotidien, que ce soit comme aliment dans la gastronomie ou comme agents pathogènes. Le mycélium, par exemple, est déjà utilisé dans l’impression 3D pour fabriquer des objets tels que des haut-parleurs ou des tuiles. Ces micro-organismes sont donc d’une grande polyvalence. Récemment, les chercheurs de l’Empa ont mis en évidence une nouvelle capacité des champignons : leur potentiel à générer de l’électricité. Ces batteries fongiques imprimées en 3D pourraient représenter une avancée majeure vers une alimentation durable en électricité !

Dans le cadre d’un projet de recherche de trois ans soutenu par la Gebert Rüf Stiftung, des chercheurs ont développé une batterie fongique biodégradable à base de cellulose et de bois, qui fonctionne grâce à l’alimentation plutôt qu’à la recharge. Bien que cette batterie fongique imprimée en 3D génère une quantité d’énergie modeste, elle est néanmoins suffisante pour alimenter un capteur de température pendant plusieurs jours. Cela la rend particulièrement prometteuse pour des applications dans le secteur agricole ou la recherche environnementale, notamment pour fournir de l’énergie à des capteurs situés dans des zones reculées.

Mais qu’est-ce qu’une batterie fongique imprimée en 3D et de quoi est-elle constituée ? En réalité, il ne s’agit pas d’une batterie traditionnelle, mais d’une pile à combustible microbienne. Cela signifie que des micro-organismes, comme tous les êtres vivants, transforment les nutriments en énergie. La pile à combustible microbienne capte une partie de cette énergie sous forme d’électricité, en exploitant le métabolisme des micro-organismes. De plus, les champignons utilisés dans cette pile jouent des rôles complémentaires : à l’anode se trouve un champignon de levure dont le métabolisme libère des électrons, tandis qu’à la cathode, un champignon de pourriture blanche produit une enzyme spécifique. Cette enzyme capte ensuite les électrons et les conduit hors de la cellule. Contrairement à une batterie classique, ces champignons ne sont pas ajoutés après coup, mais font partie intégrante de la cellule dès le départ.

« Pour la première fois, nous avons combiné deux types de champignons pour créer une pile à combustible fonctionnelle », explique Carolina Reyes, chercheuse à l’Empa. L’impression 3D intervient ensuite pour fabriquer les composants de cette batterie fongique. Grâce à la fabrication additive, les chercheurs ont pu concevoir les électrodes de manière à optimiser l’accès des micro-organismes aux nutriments. Pour ce faire, les champignons ont été intégrés à de l’encre d’impression, un processus qui s’est révélé complexe.

« Il est déjà difficile de trouver un matériau dans lequel les champignons peuvent se développer correctement. De plus, l’encre doit être facile à extruder sans endommager les cellules, et bien sûr, elle doit être conductrice d’électricité et biodégradable », explique Gustav Nyström, responsable du laboratoire Cellulose et matériaux du bois. Travailler avec des matériaux vivants et combiner des domaines aussi variés que la microbiologie, la science des matériaux et l’ingénierie électrique a constitué un autre défi majeur. Carolina Reyes a dû apprendre de nouvelles techniques et les appliquer aux encres d’impression 3D. Grâce à leur expérience préalable dans l’impression 3D de matériaux biologiques, l’équipe a pu développer une encre à base de cellulose adaptée, que les champignons peuvent également utiliser comme source de nutriments. Cela permet à la batterie de se dégrader après utilisation. Cependant, la source de nutriments idéale reste le sucre, qui doit être ajouté aux cellules. « Les batteries fongiques peuvent être stockées à l’état sec et activées sur place en ajoutant simplement de l’eau et des nutriments », précise Carolina Reyes.

Le principal avantage de la batterie fongique imprimée en 3D réside dans sa non-toxicité et sa biodégradabilité, ce qui ouvre la voie à une utilisation dans divers secteurs à l’avenir. Les chercheurs ont pour objectif d’améliorer la performance et la durée de vie des batteries, tout en explorant l’utilisation d’autres types de champignons. Pour en savoir plus sur l’Empa et la batterie fongique imprimée en 3D, cliquez ICI.

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*Crédits photo de couverture : Empa