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À grande échelle, les végétaux effectuent un travail remarquable : ils transforment la lumière du Soleil en énergie, et ceci sans grands efforts apparents. Depuis de nombreuses années, les scientifiques tentent de reproduire ce processus délicat de photosynthèse. La mise au point de mécanismes artificiels photosynthétiques représenterait un énorme apport aux énergies renouvelables, assurant une transition maximale vers les énergies propres. Récemment, une équipe de chercheurs a développé une photofeuille — une technologie de photosynthèse artificielle fonctionnelle, alimentée par la lumière solaire, et transformant le CO2 en oxygène et en acide formique, pouvant être utilisés comme carburant. 

Le nouvel appareil utilise le CO2, l’eau et la lumière du Soleil comme ingrédients, puis produit de l’oxygène et de l’acide formique qui peuvent être stockés comme carburant. L’acide peut être utilisé directement ou converti en hydrogène — un autre carburant énergétique potentiellement propre. La clé de l’innovation est la photofeuille — ou feuille de photocatalyseur — qui utilise des poudres semi-conductrices spéciales qui permettent des interactions et une oxydation d’électrons lorsque la lumière du Soleil frappe la feuille dans l’eau, à l’aide d’un catalyseur à base de cobalt.

Un processus propre, efficace, et sans aucun sous-produit indésirable

Aucun composant supplémentaire n’est requis pour que la réaction se produise et il est entièrement autoalimenté. « Nous avons été surpris de voir à quel point il fonctionnait bien en matière de sélectivité — il ne produit presque aucun sous-produit. Parfois, les choses ne fonctionnent pas aussi bien que prévu, mais c’était un cas rare où cela fonctionnait mieux », déclare le chimiste Qian Wang, de l’Université de Cambridge au Royaume-Uni.

Alors que le prototype de photofeuille ne mesure que 20 centimètres carrés, les chercheurs qui l’ont inventé disent qu’il devrait être relativement facile de le mettre à l’échelle sans entraîner d’énormes coûts. En fin de compte, ils pensent que ces feuilles pourraient être produites dans de grands réseaux, similaires à ceux des fermes solaires. De plus, l’acide formique résultant peut être stocké dans une solution, puis converti en différents types de carburants selon les besoins.

photofeuille produits

À gauche : le prototype de photofeuille. À droite : les produits générés par la réaction au cours du temps. Crédits : Qian Wang et al. 2020

Il réalise quelque chose qui n’est pas toujours garanti dans des systèmes de conversion comme celui-ci — un processus propre et efficace sans aucun sous-produit indésirable. Tout déchet supplémentaire produit doit être traité, ce qui peut annuler les effets positifs de la réaction initiale. « Il a été difficile de réaliser une photosynthèse artificielle avec un degré élevé de sélectivité, de sorte que vous convertissiez autant de lumière solaire que possible en carburant, plutôt que de vous retrouver avec beaucoup de déchets », explique Wang.

Sur le même sujet : Un système de photosynthèse artificielle produit du carburant liquide à partir de CO2

Vers une production massive et à moindre coût des photofeuilles

Une équipe du même laboratoire était également responsable du développement d’un matériau de feuille artificielle en 2019. Bien que la nouvelle photofeuille se comporte de la même manière, elle est plus robuste et plus facile à mettre à l’échelle — et elle produit également du carburant plus simple à stocker (le système de l’année dernière créait du gaz de synthèse).

Cela ne signifie pas que la nouvelle photofeuille est prête à être commercialisée pour l’instant : les chercheurs doivent d’abord rendre le processus beaucoup plus efficace ; ils expérimentent également différents catalyseurs capables de produire différents combustibles solaires. La nécessité d’une transition complète vers une énergie propre est plus urgente que jamais, mais nous sommes encouragés par le nombre de projets en cours.

« Le stockage des combustibles gazeux et la séparation des sous-produits peuvent être compliqués — nous voulons arriver au point où nous pouvons produire proprement un carburant liquide qui peut également être facilement stocké et transporté. Nous espérons que cette technologie ouvrira la voie à une production durable et pratique de carburant solaire », conclut le chimiste Erwin Reisner, de l’Université de Cambridge.

Sources : Nature Energy

photofeuille energie

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