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La photosynthèse artificielle fait un pas en avant
Un effort de recherche soutenu par le gouvernement américain a franchi une étape importante vers l'imitation de la capacité d'une plante à convertir la lumière du soleil et l'eau en carburant. Le problème est que les chercheurs n'ont pas assez d'argent pour poursuivre l'effort.
le Centre commun de photosynthèse artificielle (JCAP), un programme de recherche créé par l'administration Obama en 2010, implique des chercheurs de plusieurs laboratoires universitaires, dirigés par une équipe de Caltech. Ces chercheurs ont démontré un moyen de prolonger la durée de vie d'un type prometteur d'électrolyseur solaire, qui utilise la lumière du soleil pour séparer directement l'eau pour former de l'oxygène et de l'hydrogène. L'hydrogène produit pourrait être stocké et utilisé pour produire de l'électricité la nuit dans des centrales électriques ou des véhicules à pile à combustible.
JCAP a été fondée en 2010 comme l'un des rares pôles d'innovation du département américain de l'énergie, avec une promesse de 122 millions de dollars sur cinq ans. Nathan Lewis, le directeur du centre, espère que les derniers progrès pourraient persuader le Congrès d'étendre son financement. Nous sommes sur une lancée maintenant et espérons pouvoir continuer, dit-il.
Il est possible de fabriquer de l'hydrogène avec l'énergie solaire indirectement, en utilisant des panneaux solaires pour alimenter un électrolyseur conventionnel. Mais cela coûte cher - une quantité d'hydrogène équivalant à un gallon d'essence coûterait entre 10 et 20 dollars. Un appareil capable d'utiliser la lumière du soleil pour diviser l'eau pourrait réduire considérablement les coûts ; Lewis dit que l'hydrogène qui en résulte pourrait coûter aussi peu que 2 à 4 dollars pour une quantité équivalente à un gallon d'essence, bien qu'il soit trop tôt pour se fier à de telles estimations.
Les chercheurs du JCAP ont utilisé deux technologies éprouvées dans le commerce pour créer leur appareil : l'électrolyse et les cellules solaires au silicium ou au tellurure de cadmium. Pour réduire les coûts, ils ont combiné des éléments des deux en un seul appareil d'une manière qui le rend moins complexe et potentiellement plus efficace. Les électrolyseurs ont deux électrodes équipées de catalyseurs qui réduisent la quantité d'énergie nécessaire pour diviser l'eau. Dans le nouveau système, les chercheurs ont ajouté des catalyseurs aux cellules solaires, leur permettant de servir également d'électrodes d'électrolyseur, réduisant ainsi le nombre de pièces. Ils ont également optimisé les catalyseurs pour fonctionner avec les cellules solaires.
Les solutions alcalines utilisées dans la plupart des électrolyseurs détruisent généralement les cellules solaires en quelques secondes, mais les chercheurs ont découvert qu'un type d'oxyde de nickel peut servir de catalyseur et également protéger les cellules solaires. Le catalyseur aide à libérer les atomes d'oxygène des molécules d'eau et produit de l'oxygène gazeux en utilisant l'énergie des cellules solaires. Lors des tests, le matériau a permis aux cellules solaires de durer plus de 1 000 heures, ce qui n'est pas assez long pour un appareil commercial, mais une amélioration spectaculaire.
L'appareil agit comme l'une des deux électrodes dans un électrolyseur. Pour un dispositif pratique, le catalyseur d'hydrogène doit être amélioré. Certains catalyseurs efficaces existent, mais ils fonctionnent généralement dans des environnements acides et non alcalins.