Les chercheurs ont mis au point un dispositif autonome qui convertit la lumière du soleil, le dioxyde de carbone et l’eau en un combustible neutre en carbone, sans nécessiter de composants ou d’électricité supplémentaires.
Ce dispositif, mis au point par une équipe de l’université de Cambridge, constitue une étape importante vers la réalisation de la photosynthèse artificielle, un processus imitant la capacité des plantes à convertir la lumière du soleil en énergie. Il est basé sur une technologie avancée de « photosheet » et convertit la lumière du soleil, le dioxyde de carbone et l’eau en oxygène et en acide formique – un combustible stockable qui peut être utilisé directement ou converti en hydrogène.
Les résultats, publiés dans la revue Nature Energy, représentent une nouvelle méthode de conversion du dioxyde de carbone en carburants propres. Le dispositif sans fil pourrait être mis à l’échelle et utilisé dans des « fermes » énergétiques similaires aux fermes solaires, produisant un carburant propre en utilisant la lumière du soleil et l’eau.
La récolte de l’énergie solaire pour convertir le dioxyde de carbone en carburant est un moyen prometteur de réduire les émissions de carbone et d’abandonner les combustibles fossiles. Cependant, il est difficile de produire ces combustibles propres sans sous-produits indésirables.
« 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 le carburant que vous voulez, plutôt que de vous retrouver avec beaucoup de déchets« , a déclaré le premier auteur, le Dr Qian Wang du département de chimie de Cambridge.
« En outre, 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 combustible liquide qui peut également être facilement stocké et transporté« , a déclaré le professeur Erwin Reisner, auteur principal de l’article.
En 2019, les chercheurs du groupe de Reisner ont développé un réacteur solaire basé sur une conception de « feuille artificielle », qui utilise également la lumière du soleil, le dioxyde de carbone et l’eau pour produire un combustible, connu sous le nom de gaz de synthèse. La nouvelle technologie ressemble et se comporte de manière assez similaire à la feuille artificielle, mais fonctionne différemment et produit de l’acide formique.
Alors que la feuille artificielle utilise des composants de cellules solaires, le nouveau dispositif n’a pas besoin de ces composants et repose uniquement sur des photocatalyseurs intégrés à une feuille pour produire une feuille dite photocatalytique. Les feuilles sont constituées de poudres semi-conductrices, qui peuvent être préparées en grandes quantités facilement et à moindre coût.
En outre, cette nouvelle technologie est plus robuste et produit un combustible propre plus facile à stocker et présente un potentiel de production de produits combustibles à l’échelle. L’unité d’essai mesure 20 centimètres carrés, mais les chercheurs affirment qu’il devrait être relativement simple de la mettre à l’échelle sur plusieurs mètres carrés. En outre, l’acide formique peut être accumulé en solution et être chimiquement converti en différents types de combustibles.
« Nous avons été surpris de son bon fonctionnement en termes de sélectivité – il ne produit presque aucun sous-produit« , a déclaré Wang. « Parfois, les choses ne fonctionnent pas aussi bien que prévu, mais dans ce cas, il est rare qu’il fonctionne mieux« .
Le catalyseur à base de cobalt pour la conversion du dioxyde de carbone est facile à fabriquer et relativement stable. Bien que cette technologie soit plus facile à mettre à l’échelle que la feuille artificielle, les rendements doivent encore être améliorés avant d’envisager tout déploiement commercial. Les chercheurs expérimentent toute une série de catalyseurs différents pour améliorer à la fois la stabilité et l’efficacité.
Les résultats actuels ont été obtenus en collaboration avec l’équipe du professeur Kazunari Domen de l’université de Tokyo, co-auteur de l’étude.
Les chercheurs travaillent maintenant à optimiser le système et à en améliorer l’efficacité. En outre, ils explorent d’autres catalyseurs à utiliser sur l’appareil pour obtenir différents combustibles solaires.
« Nous espérons que cette technologie ouvrira la voie à une production de combustible solaire durable et pratique« , a déclaré M. Reisner.
c’est cool, mais dépêchez-vous de le mettre à usage commercial, car à force, les moteurs thermiques vont disparaitre alors que les autres moyens soi-disant écologiques sont aussi voire plus polluants que le carburant fossile. Si on peut profiter de nos belles mécaniques de façon écolo je signe tout de suite moi,
Pas écolo, ta manière de penser Surement pas de chimie niveau collégial. Si non tu est un lobbyiste des pétrolières !
Faut pas trop vous exciter les gars, regardez les rendements.
… produit un rendement de conversion du soleil vers le formiate de 0,08% (de 0,07% à 0,09%) …
Tout ça pour produire en fin de compte de l’acide formique. Le rendement serait peut être plus important avec des fourmis, qui produisent naturellement de l’acide formique, ou avec des orties qui peuvent par ailleurs être utilisées comme engrais.
Les cellule photovoltaïques, avec un rendement voisin de 20% sont 250 fois plus efficaces. Une voiture électrique est aussi trois fois plus efficace qu’une voiture qui utiliserait de l’acide formique pour sa propulsion.
En fin de compte, la solution du photovoltaïque associé aux véhicules électriques est 750 fois plus efficace que cette solution catalytique.