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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 pouvait produire directement un gaz – appelé gaz de synthèse – d’une manière simple et durable.

Une feuille alimentée par le Soleil

Plutôt que de fonctionner à partir des combustibles fossiles, cette feuille artificielle est alimentée par la lumière du Soleil, bien qu’elle fonctionne encore efficacement par temps nuageux et couvert. Et contrairement aux procédés industriels actuels de production de gaz de synthèse, cette feuille ne libère pas de dioxyde de carbone supplémentaire dans l’atmosphère.
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 à chaque jour, vous consommez des produits qui ont été créés en l’utilisant. Pouvoir le produire de manière durable serait une étape cruciale dans la fermeture du cycle mondial du carbone et l’établissement d’une industrie chimique et énergétique durable », a déclaré le professeur Erwin Reisner 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 cette 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 qui est naturellement abondant.

Ces absorbeurs de lumière fonctionnaient même sous un faible ensoleillement

Lorsque l’appareil est immergé dans l’eau, un absorbeur de lumière utilise ce 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 fonctionnaient même sous un faible ensoleillement par temps de pluie ou un ciel couvert.
« Cela signifie que vous n’êtes pas limité à utiliser 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. »
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. Les chercheurs ont également utilisé du 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.
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, un des chercheurs impliqué dans ce projet.

Produire de l’éthanol

« 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. »
Les résultats de cette recherche ont été publiés dans la revue Nature Materials.
Source : University of Cambridge
Crédit photo : Pixabay