Les panneaux solaires fleurissent sur les toitures pour générer de l’électricité à partir de l’énergie du soleil. Alors que nous cherchons encore à transformer de manière fiable cette énergie en carburant, les plantes le font depuis des éons grâce à la photosynthèse.
Aujourd’hui, une équipe rapporte avoir imité ce processus pour produire du méthane, un carburant à haute densité énergétique, à partir de dioxyde de carbone (CO2), d’eau et de lumière solaire. Leur système prototype pourrait aider à allez vers le remplacement des combustibles fossiles non renouvelables.
Le méthane : un carburant à haute densité énergétique
Le méthane est un gaz à effet de serre puissant, mais c’est aussi un carburant à haute densité énergétique et le principal composant du gaz naturel. Les combustibles fossiles, y compris le gaz naturel, mettent des millions d’années à se former, et leur extraction de l’environnement peut avoir des effets néfastes.
Trouver des méthodes pour produire du méthane à partir de sources d’énergie renouvelables pourrait aider à réduire le besoin de combustibles fossiles non renouvelables au fil du temps.
La photosynthèse : une source d’énergie durable et abondante
Une source d’énergie durable et abondante fournie quotidiennement à la Terre est le soleil. Les humains ont essayé d’exploiter cette ressource avec des panneaux solaires, mais les plantes l’ont déjà compris, utilisant la lumière du soleil pour alimenter la photosynthèse et convertir le CO2 et l’eau en oxygène et en sucres à utiliser comme carburant plus tard.
Imiter la photosynthèse pour produire du méthane
Auparavant, Kazunari Domen et ses collègues avaient développé un système qui utilisait la lumière du soleil pour diviser l’eau en hydrogène et en gaz oxygène. Maintenant, ils voulaient faire évoluer le processus pour imiter plus pleinement la photosynthèse, en prenant du CO2 pour stocker l’énergie du soleil dans le méthane, tout en utilisant des matériaux rentables et facilement évolutifs.
L’équipe a créé un ensemble de cellules de réaction, similaires à des panneaux solaires, qui étaient chacune revêtues d’un photocatalyseur en titanate de strontium dopé à l’aluminium (SrTiO3) pour aider à alimenter la réaction. Ces cellules revêtues étaient remplies d’eau et placées au soleil. Dans ces conditions, l’eau se divisait en gaz hydrogène et oxygène, qui étaient séparés, et le gaz hydrogène purifié était introduit dans la deuxième partie du système.
Dans la deuxième chambre, le gaz hydrogène réagissait avec le CO2, formant du méthane et de l’eau, cette dernière étant recyclée dans la première étape avec le photoréacteur. Ensuite, ils ont créé un réseau de 12 m2 de ces cellules – environ la taille d’une petite chambre – qui a fonctionné en continu pendant trois jours dans diverses conditions météorologiques.
En synthèse
Bien que prometteur, l’équipe reconnaît que l’efficacité des systèmes de photosynthèse artificielle doit s’améliorer avant que ces dispositifs ne deviennent des options viables pour la production d’énergie à grande échelle. Les chercheurs disent que ce système de preuve de concept pourrait être adapté pour aider à produire des précurseurs pour les plastiques ou d’autres matières premières chimiques, ainsi que pour produire de plus grandes quantités de biocarburants durables.
Pour une meilleure compréhension
1. Qu’est-ce que le méthane et pourquoi est-il important ?
Le méthane est un gaz à effet de serre puissant, mais c’est aussi un carburant à haute densité énergétique et le principal composant du gaz naturel. Les combustibles fossiles, y compris le gaz naturel, mettent des millions d’années à se former, et leur extraction de l’environnement peut avoir des effets néfastes.
2. Comment les plantes utilisent-elles l’énergie solaire ?
Les plantes utilisent la lumière du soleil pour alimenter la photosynthèse et convertir le CO2 et l’eau en oxygène et en sucres à utiliser comme carburant plus tard.
3. Comment les chercheurs ont-ils imité la photosynthèse pour produire du méthane ?
Les chercheurs ont créé un ensemble de cellules de réaction, similaires à des panneaux solaires, qui étaient chacune revêtues d’un photocatalyseur en titanate de strontium dopé à l’aluminium (SrTiO3) pour aider à alimenter la réaction. Ces cellules revêtues étaient remplies d’eau et placées au soleil. Dans ces conditions, l’eau se divisait en gaz hydrogène et oxygène, qui étaient séparés, et le gaz hydrogène purifié était introduit dans la deuxième partie du système.
4. Quelle est la taille du système prototype ?
Les chercheurs ont créé un réseau de 12 m2 de ces cellules – environ la taille d’une petite chambre – qui a fonctionné en continu pendant trois jours dans diverses conditions météorologiques.
5. Quels sont les défis à relever pour la photosynthèse artificielle ?
Bien que prometteur, l’équipe reconnaît que l’efficacité des systèmes de photosynthèse artificielle doit s’améliorer avant que ces dispositifs ne deviennent des options viables pour la production d’énergie à grande échelle.
Légende illustration principale : Ce réseau de cellules spécialisées pourrait contribuer à la production de carburants plus durables grâce à la photosynthèse artificielle. ACS Engineering Au
Article : « Production of Methane by Sunlight-Driven Photocatalytic Water Splitting and Carbon Dioxide Methanation as a Means of Artificial Photosynthesis » – DOI: 10.1021/acsengineeringau.3c00034
