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Un grand pas pour une feuille artificielle
La feuille bionique est un pas de plus vers la réalité.
Daniel Nocera, professeur de sciences de l'énergie à Harvard, pionnier de l'utilisation de la photosynthèse artificielle, affirme que lui et sa collègue Pamela Silver ont conçu un système qui complète le processus de fabrication de carburant liquide à partir de la lumière du soleil, du dioxyde de carbone et de l'eau. Et ils l'ont fait avec une efficacité de 10%, en utilisant du dioxyde de carbone pur - en d'autres termes, un dixième de l'énergie solaire est capturée et transformée en carburant. C'est beaucoup plus que la photosynthèse naturelle, qui convertit environ 1% de l'énergie solaire en glucides utilisés par les plantes, et cela pourrait être une étape importante dans l'abandon des combustibles fossiles. Le nouveau système est décrit dans un nouveau papier dans La science .
Bill Gates a dit que pour résoudre nos problèmes énergétiques, nous devrons un jour faire ce que fait la photosynthèse, et qu'un jour nous pourrons peut-être le faire encore plus efficacement que les plantes, dit Nocera. Qu'un jour est arrivé.
Dans la nature, les plantes utilisent la lumière du soleil pour fabriquer des glucides à partir de dioxyde de carbone et d'eau. La photosynthèse artificielle cherche à utiliser les mêmes intrants (énergie solaire, eau et dioxyde de carbone) pour produire des combustibles liquides à haute densité énergétique. Le système de Nocera et Silver utilise une paire de catalyseurs pour séparer l'eau en oxygène et en hydrogène, et alimente les bactéries en hydrogène avec le dioxyde de carbone. Les bactéries, bio-conçues selon des caractéristiques spécifiques, convertissent le dioxyde de carbone et l'hydrogène en carburants liquides.
Plusieurs entreprises, dont Joule illimité et LanzaTech , travaillent à produire des biocarburants à partir de dioxyde de carbone et d'hydrogène, mais ils utilisent des bactéries qui consomment du monoxyde de carbone ou du dioxyde de carbone plutôt que de l'hydrogène. Le système de Nocera, dit-il, peut fonctionner à des températures plus basses, une efficacité plus élevée et des coûts inférieurs.
Le dernier travail de Nocera est vraiment incroyable, dit Peidong Yang de l'Université de Californie à Berkeley. Yang a développé un système similaire avec une efficacité beaucoup plus faible. La performance de ce système est inégalée dans tout autre système de photosynthèse artificielle rapporté à ce jour, dit-il.
Le nouveau système peut utiliser du dioxyde de carbone pur sous forme gazeuse, ou du dioxyde de carbone capturé dans l'air, ce qui signifie qu'il pourrait être neutre en carbone, n'introduisant aucun gaz à effet de serre supplémentaire dans l'atmosphère. Le nombre de 10%, qui utilise du CO2 pur, dit Nocera. Permettre aux bactéries elles-mêmes de capturer le dioxyde de carbone de l'air, ajoute-t-il, se traduit par une efficacité de 3 à 4 %, toujours nettement supérieure à la photosynthèse naturelle. C'est le pouvoir de la biologie : ces bioörganismes ont des mécanismes naturels de concentration de CO2.
Les recherches de Nocera se distinguent des travaux menés par le Centre commun de photosynthèse artificielle , un programme financé par le Département américain de l'énergie qui cherche à utiliser des catalyseurs inorganiques, plutôt que des bactéries, pour convertir l'hydrogène et le dioxyde de carbone en carburant liquide. Selon Dick Co, qui dirige le Institut des combustibles solaires à l'Université Northwestern, l'innovation du nouveau système réside non seulement dans ses performances supérieures, mais aussi dans sa fusion de deux domaines généralement distincts : la chimie inorganique (pour séparer l'eau) et la biologie (pour convertir l'hydrogène et le dioxyde de carbone en carburant). Ce qui est vraiment excitant, c'est l'approche hybride de la photosynthèse artificielle, dit Co : C'est excitant de voir des chimistes s'associer à des biologistes pour faire avancer le domaine.
La commercialisation de la technologie prendra probablement des années. Dans tous les cas, la perspective de transformer la lumière du soleil en carburant liquide semble soudainement beaucoup plus proche.