Un gaz largement utilisé qui est actuellement produit à partir de combustibles fossiles peut être produit par une » feuille artificielle » qui n’utilise que la lumière du soleil, le dioxyde de carbone et l’eau, et qui pourrait éventuellement être utilisé pour développer un combustible liquide durable en remplacement de l’essence.
Cet appareil neutre en carbone établit une nouvelle référence dans le domaine des combustibles solaires, après que des chercheurs de l’Université de Cambridge aient démontré qu’il peut produire directement du gaz – appelé gaz de synthèse – d’une manière simple et durable.
Plutôt que de fonctionner avec des combustibles fossiles, la feuille artificielle est alimentée grâce à la lumière du soleil et cela fonctionne encore efficacement par temps nuageux et couvert. Et contrairement aux procédés industriels actuels de production de gaz de synthèse, la feuille ne libère pas de dioxyde de carbone supplémentaire dans l’atmosphère. Les résultats sont publiés dans la revue Nature Materials.
Le gaz de synthèse est actuellement fabriqué à partir d’un mélange d’hydrogène et de monoxyde de carbone et est utilisé pour produire toute une série de produits de base, tels que des carburants, des produits pharmaceutiques, des plastiques et des engrais.
« Vous n’avez peut-être pas entendu parler du gaz de synthèse en soi, mais chaque jour, vous consommez des produits qui ont été créés en l’utilisant. Pouvoir le produire de manière durable serait une étape cruciale dans le cycle mondial du carbone et l’établissement d’une industrie chimique et énergétique durable « , a déclaré le professeur Erwin Reisner du département de chimie de Cambridge, qui a consacré sept ans à la réalisation de cet objectif.
L’appareil produit par Reisner et ses collègues s’inspire de la photosynthèse – le processus naturel par lequel les plantes utilisent l’énergie de la lumière solaire pour transformer le dioxyde de carbone en nourriture.
Sur la feuille artificielle, deux absorbeurs de lumière, semblables aux molécules des plantes qui récoltent la lumière du soleil, sont combinés avec un catalyseur fabriqué à partir de l’élément cobalt naturellement abondant.
Lorsque l’appareil est immergé dans l’eau, un absorbeur de lumière utilise le catalyseur pour produire de l’oxygène. L’autre effectue la réaction chimique qui réduit le dioxyde de carbone et l’eau en monoxyde de carbone et en hydrogène, formant le mélange de gaz de synthèse.
En prime, les chercheurs ont découvert que leurs absorbeurs de lumière fonctionnent même sous un faible ensoleillement par temps de pluie ou de ciel couvert.
« Cela signifie que vous n’êtes pas limité à l’utilisation de cette technologie uniquement dans les pays chauds, ou seulement pendant les mois d’été« , a déclaré Virgil Andrei, doctorant et premier auteur de l’article. « Vous pourriez l’utiliser de l’aube au crépuscule, n’importe où dans le monde. »
D’autres dispositifs à » feuilles artificielles » ont également été mis au point, mais ils ne produisent généralement que de l’hydrogène. Les chercheurs de Cambridge affirment que la raison pour laquelle ils ont été en mesure de produire du gaz de synthèse de manière durable est grâce à la combinaison de matériaux et de catalyseurs qu’ils ont utilisés.
Il s’agit notamment d’absorbeurs de lumière de perovskite de pointe, qui fournissent une tension et un courant électrique élevés pour alimenter la réaction chimique par laquelle le dioxyde de carbone est réduit en monoxyde de carbone, en comparaison avec les absorbeurs de lumière faits de silicium ou de matériaux sensibles aux colorants. Les chercheurs ont également utilisé le cobalt comme catalyseur moléculaire au lieu du platine ou de l’argent. Le cobalt est non seulement moins coûteux, mais il est aussi plus efficace pour produire du monoxyde de carbone que d’autres catalyseurs.
L’équipe cherche maintenant des moyens d’utiliser leur technologie pour produire un carburant liquide durable de remplacement de l’essence.
Le gaz de synthèse est déjà utilisé comme élément constitutif dans la production de combustibles liquides. « Ce que nous aimerions faire ensuite, au lieu de produire d’abord du gaz de synthèse et de le convertir ensuite en combustible liquide, c’est de fabriquer le combustible liquide en une seule étape à partir de dioxyde de carbone et d’eau « , a déclaré M. Reisner, qui est également Fellow du St John’s College.
Bien que de grands progrès soient réalisés dans la production d’électricité à partir de sources d’énergie renouvelables telles que l’énergie éolienne et photovoltaïque, M. Reisner affirme que le développement du pétrole synthétique est vital, car l’électricité ne peut actuellement satisfaire qu’environ 25% de notre demande énergétique mondiale totale. « Il existe une forte demande de combustibles liquides pour alimenter durablement les transports lourds, le transport maritime et l’aviation « , a-t-il déclaré.
« Nous visons à créer de manière durable des produits tels que l’éthanol, qui peuvent facilement être utilisés comme carburant « , a déclaré Andrei. « Il est difficile de le produire en une seule étape à partir de la lumière du soleil en utilisant la réaction de réduction du dioxyde de carbone. Mais nous sommes convaincus que nous allons dans la bonne direction et que nous avons les bons catalyseurs. Nous croyons donc que nous serons en mesure de produire un appareil qui pourra démontrer ce processus dans un proche avenir. »
