L’avènement de la photosynthèse artificielle et de la production d’hydrogène à faible coût marque une étape significative dans la lutte contre la crise climatique.
Dans cet article, nous explorons une avancée majeure accomplie par des chercheurs de l’Institut de Technologie de Karlsruhe (KIT) et leurs partenaires canadiens, qui ambitionnent de réaliser une production efficiente d’hydrogène, de carburants et même d’eau potable sur les toits ou dans les parcs solaires à l’aide de modules photo-réacteurs à faible coût.
La photosynthèse artificielle permet de conduire des réactions chimiques à l’aide de la lumière solaire. Tout comme dans la nature, les photons sont absorbés par un matériau photocatalytiquement actif et leur énergie est utilisée pour propulser une réaction chimique.
« Entre-temps, plusieurs photo-catalyseurs sont connus. Ils peuvent être utilisés pour décomposer l’eau en hydrogène et en oxygène ou pour produire des carburants neutres pour le climat à partir d’eau et de dioxyde de carbone, » explique Paul Kant du KIT’s Institute for Micro Process Engineering (IMVT).
Jusqu’à présent, cette technologie a principalement été utilisée en laboratoire, les coûts de production de l’hydrogène solaire étant prohibitifs. L’équipe de recherche a fait des progrès décisifs avec son concept de panneaux photo-réacteurs à haut rendement, qui peuvent être intégrés dans des modules à faible coût.
Un concept de réacteur optimisé pour le marché de masse
Un module photo-réacteur efficace pour une utilisation pratique doit essentiellement se composer de deux composants : un photo-catalyseur adapté qui stimule la réaction chimique, et un photo-réacteur qui contient le photo-catalyseur et les matières premières pour la réaction chimique.
Dans le cas idéal, le photo-réacteur devrait guider la lumière du soleil vers le photo-catalyseur avec le minimum de pertes, quel que soit l’endroit d’où elle provient ou la position actuelle du soleil, » précise Paul Kant. De plus, la structure et le matériau du photo-réacteur doivent assurer un fonctionnement optimal du photo-catalyseur, tel que la bonne température ou l’intensité lors de l’absorption de la lumière.
Réduction des coûts grâce à des modules peu coûteux
Grâce à une ligne directrice générale développée par les chercheurs après une analyse détaillée de leur concept de réacteur, les futurs modules photo-réacteurs peuvent maintenant être facilement conçus pour atteindre une efficacité maximale pour une variété d’applications.
Une grande efficacité de réaction chimique n’est qu’une exigence à satisfaire avant que la photosynthèse artificielle puisse être établie comme une technologie efficiente. Pour produire des quantités de produits pertinentes, de très grandes surfaces doivent être couvertes par des panneaux photo-réacteurs. Pour réduire les coûts, nous utilisons des matériaux et des géométries peu coûteux qui peuvent déjà être produits en série, » affirme Kant.
En synthèse
La photosynthèse artificielle et la production d’hydrogène à bas coût ont le potentiel de jouer un rôle crucial dans la lutte contre la crise climatique. Malgré les défis restants, comme l’atteinte d’une grande efficacité de réaction chimique et la couverture de grandes surfaces avec des panneaux photo-réacteurs, des progrès significatifs ont été réalisés par des chercheurs de l’Institut de Technologie de Karlsruhe et leurs partenaires canadiens.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que la photosynthèse artificielle ? La photosynthèse artificielle est un processus qui permet de conduire des réactions chimiques à l’aide de la lumière solaire. Cette technique est utilisée pour décomposer l’eau en hydrogène et en oxygène ou pour produire des carburants climatiquement neutres à partir de l’eau et du dioxyde de carbone.
Qu’est-ce qu’un module photo-réacteur ? Un module photo-réacteur est un dispositif composé d’un photo-catalyseur qui stimule la réaction chimique, et d’un photo-réacteur qui contient le photo-catalyseur et les matières premières pour la réaction chimique. Ce module est conçu pour maximiser l’efficacité de la réaction chimique tout en minimisant les pertes d’énergie.
Paul Kant, Shengzhi Liang, Michael Rubin, Geoffrey Alan Ozin, Roland Dittmeyer : Photoréacteurs à faible coût pour une synthèse solaire hautement efficace en termes de photons et d’énergie. Joule, 2023. https://doi.org/10.1016/j.joule.2023.05.006.
Légende image principale : Les chercheurs du KIT et leurs partenaires développent un concept de panneaux photoréacteurs hautement efficaces qui seront insérés dans des modules peu coûteux. (Photo : Amadeus Bramsiepe, KIT)
