La technologie de photosynthèse artificielle sort du laboratoire

Les chercheurs coréens s’efforcent de faire de la technologie de la photosynthèse artificielle une réalité afin de parvenir à la neutralité carbone ou à une valeur nette d’émission de carbone de 0. La photosynthèse artificielle est une technologie qui imite la photosynthèse naturelle en utilisant l’énergie solaire reçue pour convertir le dioxyde de carbone en composés de grande valeur tels que l’éthylène, le méthanol et l’éthanol.

Cependant, des contraintes économiques et techniques ont permis à la recherche sur le pétrole de progresser uniquement dans des conditions de laboratoire ; cette recherche a été classée dans les domaines de la recherche sur les cellules solaires et de la recherche sur la conversion du dioxyde de carbone.

La recherche à petite échelle dans des conditions de laboratoire sur la mise en œuvre de la photosynthèse artificielle implique qu’il reste de nombreux obstacles à surmonter pour parvenir à des applications pratiques.

L’équipe de recherche dirigée par Hyung Suk Oh et Woong Hee Lee du Centre de recherche sur l’énergie propre de l’Institut coréen des sciences et de la technologie, en collaboration avec Jae Soo Yoo de l’Université Kyung Hee, a mis au point des électrodes catalytiques tungstène-argent en forme de branches de taille nanométrique, capables d’extraire du monoxyde de carbone à haut rendement du système de conversion électrochimique du dioxyde de carbone. Ces électrodes peuvent également être utilisées pour combiner le système de conversion du dioxyde de carbone avec des cellules solaires en silicium afin d’obtenir un système de photosynthèse artificielle à grande échelle pouvant fonctionner dans des environnements solaires réels.

Le catalyseur mis au point peut être appliqué à des systèmes de production de monoxyde de carbone qui fonctionnent en convertissant le dioxyde de carbone gazeux en monoxyde de carbone ; ceux-ci ont montré une augmentation de plus de 60 % du rendement en monoxyde de carbone par rapport au catalyseur à l’argent conventionnel et sont restés stables même après 100 heures d’expérimentation. En outre, l’efficacité et la durabilité accrues du premier du point de vue du matériau catalytique ont été étudiées à l’aide de la microscopie électronique et de l’analyse en temps réel, et il a été découvert que la structure tridimensionnelle du catalyseur et la structure cristalline de la forme en branches ont contribué au rendement élevé.

Les chercheurs ont ensuite utilisé ledit catalyseur pour développer un système de photosynthèse artificielle en combinant un système de conversion du dioxyde de carbone avec des cellules solaires en silicium commercialisées de 120 cm2, et le système a fonctionné sans problème. Ce système a présenté un rendement élevé de conversion de la lumière du soleil en composé de 12,1 %, ce qui est la valeur la plus élevée rapportée pour tous les systèmes de photosynthèse artificielle basés sur des cellules solaires en silicium développés à ce jour. Le système a également réussi à convertir le dioxyde de carbone en monoxyde de carbone avec une efficacité élevée uniquement en présence de la lumière du soleil dans un environnement extérieur.

Le Dr Hyung Suk Oh du KIST a déclaré : « Nous avons mis au point un système de photosynthèse artificielle significatif qui fonctionne directement grâce à la lumière du soleil dans des environnements solaires réels en utilisant des cellules solaires au silicium commercialisées. Si la technologie de photosynthèse artificielle à haut rendement peut être mise en pratique sur la base de cette étude, nous pouvons réduire les émissions de gaz à effet de serre en convertissant le dioxyde de carbone rejeté par les aciéries et les usines pétrochimiques en monoxyde de carbone, et nous pouvons produire des composés chimiques de base fabriqués dans les usines pétrochimiques grâce à la méthode de photosynthèse artificielle, qui pratique la ‘neutralité carbone’.« 

Cette étude a été menée avec le soutien du ministère des Sciences et des TIC (ministre, Hye-Sook Lim) en tant que projet de développement de la technologie carbone-x pour les projets de recherche institutionnels du KIST et la production de substances utiles. Les résultats de cette étude ont été publiés dans le dernier numéro de Applied Catalysis B : Environmental (IF : 19.503, top 0.943% dans le champ JCR), une revue internationale spécialisée dans l’environnement énergétique.