Des chercheurs ont récemment découvert une technologie pionnière qui convertit la lumière du soleil et le CO2 en carburants à haute densité énergétique tels que l’éthanol et le propanol. Il s’agit d’une source de carburant renouvelable, propre, peu polluante et respectueuse de l’environnement.
Actuellement, les combustibles les plus couramment utilisés sont les combustibles fossiles tels que le charbon, le pétrole et le gaz naturel. Cependant, lorsqu’il est brûlé, ce carburant émet du CO2, principale cause de pollution de l’environnement et de changement climatique. Il devient donc plus urgent que jamais de trouver des matières premières alternatives respectueuses de l’environnement.
Depuis des années, l’équipe de l’Université de Cambridge développe des carburants durables et neutres en carbone inspirés de la photosynthèse des plantes, qu’elle appelle une « feuille artificielle ». Cependant, ces feuilles artificielles ne peuvent produire que des produits chimiques simples, comme le gaz de synthèse, un mélange d’hydrogène et de monoxyde de carbone utilisé pour fabriquer des carburants, des produits pharmaceutiques, des plastiques et des engrais. Pour rendre la technologie plus pratique, la « feuille artificielle » devrait être capable de produire directement des produits chimiques plus complexes en une seule étape alimentée par l’énergie solaire.
Le professeur Erwin Reisner, chef de l'équipe de recherche, a déclaré que l'équipe avait désormais développé un catalyseur à base de cuivre et de palladium. Le catalyseur a été optimisé de manière à permettre à la « feuille artificielle » de produire des produits chimiques plus complexes, convertissant le CO2, l’eau et la lumière du soleil en carburants multicarbonés éthanol et propanol en une seule étape. Ce sont des carburants à haute densité énergétique et faciles à stocker ou à transporter pendant leur utilisation.
Feuilles artificielles fixées sur des barres de support en métal. Photo : Motiar Rahaman
Le bioéthanol est considéré comme une alternative plus propre à l’essence car il est produit à partir de plantes plutôt que de combustibles fossiles. De nombreuses voitures et camions sur la route fonctionnent aujourd’hui avec de l’essence contenant jusqu’à 10 % d’éthanol (carburant E10). Cependant, les méthodes précédentes de production de bioéthanol ont été controversées, notamment parce qu’elles occupent souvent des terres agricoles qui pourraient être utilisées pour cultiver des aliments. Avec la nouvelle méthode de « feuille artificielle » qui utilise uniquement l’énergie solaire, ce problème a été complètement résolu.
De plus, la nouvelle feuille artificielle peut produire directement de l’éthanol et du propanol propres sans avoir besoin d’une étape intermédiaire : la création de gaz de synthèse. Auparavant, plusieurs autres groupes de recherche ont produit des produits chimiques similaires en utilisant l’électricité. C'est toutefois la première fois que des produits chimiques aussi complexes sont produits à partir de feuilles artificielles utilisant uniquement l'énergie solaire.
Le Dr Motiar Rahaman, membre de l'équipe de recherche, a déclaré que la nouvelle feuille artificielle constituerait une étape importante pour s'éloigner d'une économie dépendante des combustibles fossiles. Ces carburants produisent des émissions nettes de carbone nulles et sont entièrement renouvelables.
En travaillant ensemble pour développer une technologie de « feuille artificielle » à partir de la lumière du soleil, une équipe de recherche de l'Université de Lund (Suède) a déclaré avoir trouvé un moyen de convertir les émissions de CO2 en carburant grâce à l'utilisation de matériaux organiques poreux appelés Covalent Organic Frameworks (COF). Ce matériau absorbera la lumière du soleil, puis utilisera l’énergie obtenue en combinaison avec un catalyseur pour convertir le CO2 en carburant.
« Le processus de conversion nécessite des électrons. Lorsque nous détectons qu'un photon émettant de la lumière bleue produit des électrons à longue durée de vie et à haute énergie, nous chargeons simplement le COF avec des électrons et achevons la réaction », explique Kaibo Zheng, chercheur à l'Université de Lund.
Bien que les premiers résultats de la recherche soient très prometteurs, des efforts supplémentaires sont nécessaires pour appliquer cette technique à l’échelle commerciale et à grande échelle. « Nous avons réalisé les deux premières étapes avec des électrons », explique le co-auteur de l’étude et chimiste Tönu Pullerits. « Il reste encore de nombreuses étapes à franchir avant de pouvoir commencer à réfléchir à une machine de conversion de CO2, mais nous avons vu une voie très prometteuse. »
Au Vietnam, la technologie de la « feuille artificielle » a également été étudiée à l’Université des sciences et technologies de Hanoi (USTH). Depuis 2015, un groupe de chercheurs de l'USTH collabore avec le Laboratoire de Chimie et Biologie des Métaux (Centre d'Energie Atomique et des Energies Alternatives CEA - Grenoble, France) pour rechercher et fabriquer une « feuille artificielle ».
« Feuille artificielle » créée par une équipe de recherche de l’USTH. (Photo : usth.edu.vn)
Jusqu’à présent, cet appareil est capable de produire de l’hydrogène carburant (H2) à partir d’eau et de la lumière du soleil avec une efficacité de 1,9 %. Le carburant H2 peut ensuite être stocké, transporté et utilisé dans des piles à combustible. Le produit de ce processus d’utilisation de carburant est uniquement de l’eau, il ne pollue donc pas l’environnement.
Mai Anh
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