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L'effort de photosynthèse artificielle prend racine
Alors qu'un débat fait rage sur le rôle du gouvernement dans le financement de l'innovation énergétique, déclenché par les échecs très médiatisés d'entreprises soutenues par le gouvernement telles que Solyndra et A123 Systems, une stratégie fédérale d'investissement dans les technologies propres moins controversée bourdonne tranquillement, recueillant un soutien bipartite. Les soi-disant pôles d'innovation, des centres de recherche multidisciplinaires censés imiter les légendaires laboratoires Bell en combinant la recherche scientifique avec la technologie appliquée, ont réussi à obtenir un financement gouvernemental continu alors même que le Congrès s'efforce de réduire le budget fédéral global.
Feuille artificielle : Ce prototype du Centre commun d'innovation en photosynthèse artificielle utilise l'énergie solaire pour isoler l'hydrogène de l'eau.
Deux ans après avoir obtenu un premier financement, l'un des centres actuels - un effort basé sur Caltech axé sur l'utilisation de la lumière du soleil pour fabriquer des carburants liquides - affirme avoir fait des progrès substantiels vers des appareils qui convertissent la lumière du soleil et l'eau en hydrogène et en oxygène qui pourraient être utilisés pour alimenter une voiture ou produire de l'électricité à la demande. À terme, les chercheurs espèrent combiner l'hydrogène avec le carbone du dioxyde de carbone pour fabriquer des carburants liquides similaires à l'essence ou au diesel.
Les chercheurs poursuivent ce que l’on appelle la photosynthèse artificielle depuis des décennies. Les progrès ont été lents et rendre le processus économique à grande échelle reste un objectif apparemment lointain. Le nouveau pôle d'innovation, qui devrait recevoir 122 millions de dollars sur cinq ans, prévoit d'accélérer cette recherche en réunissant un grand nombre d'experts dans différents domaines, dont la catalyse, l'optique et la technologie membranaire.
Pour accélérer la découverte de matériaux, les chercheurs du centre Caltech, qui collaborent avec des chercheurs du Lawrence Berkeley National Lab et de plus de 20 autres centres de recherche, ont développé un processus d'impression à jet d'encre qui peut produire des millions de variations légèrement différentes sur des catalyseurs prometteurs. Chaque échantillon est aussi petit qu'un pixel sur un écran. Ils développent également des équipements capables de tester rapidement l'activité de chaque catalyseur. Cela accélérera considérablement le taux de découverte d'électrocatalyseurs et de photocatalyseurs de quelques candidats par an à quelques-uns toutes les quelques millisecondes, produisant des milliers à des millions par jour, a déclaré Nate Lewis, directeur du centre commun pour la photosynthèse artificielle.
Dans le même temps, le hub a installé des imprimantes 3D avancées qui peuvent fabriquer des prototypes de dispositifs pour abriter les matériaux absorbant la lumière et les catalyseurs, les alimenter en eau, et séparer et collecter l'hydrogène et l'oxygène. Jusqu'à présent, les chercheurs ont construit deux de ces prototypes capables de produire du carburant à partir de la lumière du soleil, mais pas encore de manière économique. Le plan est d'avoir au moins quatre ou cinq versions différentes des appareils, chacune avec des forces et des faiblesses différentes. Les chercheurs veulent plusieurs versions car ils ne peuvent pas prédire où seront les prochaines avancées en matière de matériaux.
L'idée de développer de nouvelles technologies énergétiques dans des pôles d'innovation est très différente de l'approche consistant à aider les entreprises à développer leur production par le biais de subventions ou de garanties de prêt, comme l'a fait le département américain de l'Énergie dans le cas de l'A123 et de Solyndra. C'est aussi très différent du financement de projets de recherche dans le cadre du programme ARPA-E, dont l'objectif est de faire avancer un laboratoire ou une entreprise, comme la découverte d'un nouveau matériau prometteur, et de démontrer son potentiel en trois ans - par exemple, en construisant une batterie de travail en utilisant ce matériau.
Les pôles d'innovation rassemblent des chercheurs de nombreux groupes différents pour se concentrer sur la réalisation de percées sur des problèmes de longue date. Ils travaillent à de nombreux niveaux différents, allant de la découverte de nouveaux matériaux à l'étude minutieuse de leur fonctionnement, en passant par la conception et la construction d'appareils pouvant utiliser ces matériaux. Alors que l'ARPA-E accorde quelques millions de dollars à des projets individuels, chaque hub est censé recevoir plus de cent millions de dollars sur cinq ans en reconnaissance de l'ampleur des problèmes auxquels ils s'attaquent.
Jusqu'à présent, cinq pôles d'innovation ont été financés, mais le financement pour leur mandat de cinq ans n'est pas garanti. L'argent doit être alloué chaque année, et le budget pour l'année prochaine n'a pas été adopté. Bien que les comités concernés de la Chambre et du Sénat soutiennent le financement continu des cinq, le Congrès fait face à une pression croissante pour trouver des moyens de réduire les dépenses.