Pour la toute première fois, des scientifiques ont démontré qu’il était possible de collecter l’énergie de tout le spectre visible de la lumière du Soleil et de la transformer rapidement et efficacement en hydrogène. En effet, ils ont mis au point une unique molécule pouvant absorber efficacement la lumière du soleil et également agir comme catalyseur pour transformer l’énergie solaire en hydrogène. Une alternative propre aux carburants fossiles (pour, notamment, des véhicules à moteur).

Cette nouvelle molécule recueille l’énergie de tout le spectre visible et peut exploiter plus de 50% d’énergie solaire en plus que les cellules solaires actuelles. Cette découverte pourrait bel et bien aider l’humanité à passer des combustibles fossiles à des sources d’énergie qui ne contribuent pas au changement climatique.

« L’idée est d’utiliser les photons du soleil et de les transformer en hydrogène. Pour faire simple, nous collectons l’énergie de la lumière du Soleil et la stockons dans des liaisons chimiques afin qu’elle puisse être utilisée plus tard », a déclaré Claudia Turro, professeure de chimie et directrice du centre de l’Ohio State University pour la dynamique chimique et biophysique (et qui a également dirigé cette recherche). À savoir que les photons sont les particules élémentaires de la lumière, et contiennent une certaine quantité d’énergie.

Grâce à cette étude, pour la toute première fois, il a été démontré qu’il est possible de collecter de l’énergie à partir de l’ensemble du spectre visible de la lumière du Soleil, y compris l’infrarouge de basse énergie (une partie du spectre solaire qui avait auparavant été difficile à collecter) et de la transformer rapidement et efficacement en hydrogène.

L’hydrogène est un carburant propre, ce qui signifie qu’il ne produit pas de carbone ou de dioxyde de carbone comme sous-produit de son utilisation. « Ce qui fait que ça fonctionne, c’est que le système est capable de mettre la molécule dans un état excité, où elle absorbe le photon et est capable de stocker deux électrons pour produire de l’hydrogène. Ce stockage de deux électrons dans une seule molécule, ainsi que cette utilisation pour produire de l’hydrogène, est sans précédent », a déclaré Turro.

En effet, transformer l’énergie du Soleil en carburant, par exemple pour alimenter un véhicule, nécessite d’abord un mécanisme de collecte d’énergie. Puis, cette énergie peut être convertie en carburant. La conversion nécessite un catalyseur. En bref : il s’agit ici d’un dispositif qui accélère une réaction chimique permettant la conversion de l’énergie solaire en vecteur d’énergie utilisable (dans ce cas l’hydrogène).

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La plupart des tentatives précédentes pour collecter l’énergie solaire et la transformer en hydrogène se sont concentrées sur les longueurs d’onde de plus haute énergie (comme l’ultraviolet, par exemple). Ces dernières se sont également appuyées sur des catalyseurs impliquant toujours deux molécules (voire plus), qui échangent des électrons (de l’énergie) pour produire du carburant à partir de l’énergie solaire. Mais une grande partie de cette énergie est perdue dans l’échange, ce qui rend ces systèmes multimoléculaires moins efficaces.

De plus, les quelques autres tentatives qui reposaient sur un catalyseur à molécule unique étaient également inefficaces « en partie parce qu’elles ne collectaient pas l’énergie de l’ensemble du spectre visible du soleil, et aussi car les catalyseurs eux-mêmes se dégradaient rapidement », a déclaré Turro.

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Un système 25 fois plus efficace que les technologies actuelles

À présent, l’équipe de recherche de Turro a découvert comment fabriquer un catalyseur à partir d’une seule molécule, soit une forme de rhodium (élément chimique), ce qui signifie que moins d’énergie est perdue. Les chercheurs ont également compris comment collecter l’énergie allant du proche infrarouge à l’ultraviolet, soit plus que l’ensemble du spectre visible.

Selon les chercheurs, le système qu’ils ont conçu est près de 25 fois plus efficace avec une lumière proche de l’infrarouge à faible énergie, que les systèmes à molécule unique fonctionnant avec des photons ultraviolets.

Dans le cadre de cette étude, les chercheurs ont utilisé des LEDs pour éclairer des solutions acides contenant la molécule active, et ont découvert que de l’hydrogène était produit.

« Je pense que la raison pour laquelle cela fonctionne est parce que la molécule est difficile à oxyder », explique Turro. « Et nous devons avoir de l’énergie renouvelable. Imaginez simplement, si nous pouvions utiliser la lumière du soleil pour nos besoins énergétiques au lieu du charbon, du gaz ou du pétrole, ce que nous pourrions faire pour lutter contre le changement climatique », a ajouté Turro.

Mais avant que les résultats de l’équipe de recherche puissent être mis en application dans le monde réel, «il reste encore beaucoup de travail à faire », admet Turro. En effet, le rhodium est un métal rare et la production de catalyseurs l’exploitant est coûteuse. L’équipe travaille donc à l’amélioration de cette molécule pour produire de l’hydrogène sur une plus longue période de temps et à la mise au point d’un catalyseur exploitant des éléments moins rares.

Source : Nature Chemistry

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