Nouveau prototype de panneaux solaires : production de méthane par photosynthèse artificielle

Les panneaux solaires, qui utilisent l’énergie du soleil pour produire de l’électricité, deviennent de plus en plus répandus. Alors que les humains maîtrisent encore mal la conversion de l’énergie solaire en carburant, les plantes ont depuis longtemps perfectionné ce système à travers la photosynthèse. Récemment, des chercheurs signalant dans ACS Engineering Au ont reproduit ce processus naturel pour créer du méthane, un carburant à haute énergie, à partir de dioxyde de carbone (CO2), d’eau et de lumière solaire. Leur système prototype innovant pourrait contribuer à remplacer les carburants fossiles non renouvelables.

Bien que le méthane soit un puissant gaz à effet de serre, il est également un carburant à haute densité énergétique et le composant principal du gaz naturel. Les carburants fossiles, y compris le gaz naturel, mettent des millions d’années à se former, et les extraire de l’environnement peut avoir des effets néfastes. Trouver des méthodes pour produire du méthane à partir de sources d’énergie renouvelables pourrait contribuer à réduire la nécessité des carburants fossiles non renouvelables au fil du temps.

Une source d’énergie durable et abondante fournie à la Terre quotidiennement est le soleil. Les humains ont tenté de puiser dans cette ressource avec des panneaux solaires, mais les plantes l’ont déjà maîtrisé, utilisant la lumière du soleil pour alimenter la photosynthèse et convertir CO2 et l’eau en oxygène et en sucres pour les utiliser comme combustible plus tard.

Auparavant, Kazunari Domen et ses collègues avaient développé un système qui utilisait la lumière du soleil pour séparer l’eau en hydrogène et en oxygène gazeux. Maintenant, ils voulaient faire évoluer le processus pour imiter plus pleinement la photosynthèse, intégrant le CO2 pour stocker l’énergie du soleil dans le méthane, tout en utilisant des matériaux économiques et facilement évolutifs.

L’équipe a créé un ensemble de cellules de réaction, semblables à des panneaux solaires, chacune revêtue d’un photocatalyseur à base de strontium titanate dopé à l’aluminium (SrTiO3) pour aider à alimenter la réaction. Ces cellules revêtues étaient remplies d’eau et placées au soleil. Dans ces conditions, l’eau se séparait en hydrogène et en oxygène gazeux, qui étaient séparés, et l’hydrogène purifié était introduit dans la deuxième partie du système. Dans la deuxième chambre, le gaz d’hydrogène réagissait avec le CO2 pour former du méthane et de l’eau, cette dernière étant recyclée dans la première étape avec le photoréacteur.

Ensuite, ils ont créé un tableau de 130 pieds carrés des cellules, d’environ la taille d’une petite chambre à coucher, qui a fonctionné en continu pendant trois jours dans diverses conditions météorologiques. Bien que prometteuse, l’équipe reconnaît que l’efficacité des systèmes de photosynthèse artificielle doit s’améliorer avant que ces appareils ne puissent devenir des options viables pour la production d’électricité à grande échelle. Les chercheurs affirment que ce système de preuve de concept pourrait être adapté pour aider à produire des précurseurs pour les plastiques ou d’autres matières premières chimiques, et être amplifié pour produire de plus grandes quantités de biocarburants durables.

Les auteurs reconnaissent le financement de la Japan Technological Research Association of Artificial Photosynthetic Chemical Process et du European Innovation Council. Certains auteurs sont des employés de la société INPEX Corporation, une entreprise d’exploration et de production de pétrole et de gaz.