“Un système de photosynthèse artificielle extrêmement efficace”
Panasonic annonce avoir développé un système de photosynthèse artificielle capable de convertir le dioxyde de carbone (CO2) en matériaux organiques en irradiant avec la lumière du soleil à une efficacité maximale mondiale de 0,2 %.
Ce développement a été présenté partiellement au 19ème Congrès international sur la conversion et le stockage de l’énergie solaire qui s’est dérouléà Pasadena, aux États-Unis, le 30 juillet 2012.
L’efficacité serait d’un niveau comparable aux plantes naturelles qui tirent l’énergie de la biomasse. La clé du système reposerait sur l’utilisation d’un semi-conducteur au nitrure qui rend le système simple et efficace. Ce développement servira ensuite de base pour la réalisation d’un système de capture et de conversion du dioxyde de carbone résiduaire généré par des incinérateurs, des centrales électriques, ou encore des activités industrielles.
Les émissions de CO2, l’une des substances responsables de l’effet de serre sont directement liées à la problématique de la consommation des combustibles fossiles. Par conséquent, des mesures pourraient êtres prises à l’échelle mondiale pour réduire les émissions de CO2. Et la photosynthèse artificielle par la conversion directe du CO2 en matériaux organiques, pourrait résoudre une partie de ces problèmes.
Dans les approches précédentes, les systèmes avaient jusqu’ici des structures complexes telles que des complexes organiques ou des photo-électrodes plurielles, et il était donc difficile d’améliorer leur efficacité en réponse à la lumière. Le système de photosynthèse artificielle de Panasonic possède une structure simple réalisant une conversion “extrêmement” efficace du CO2 qui peut soit utiliser la lumière directe du soleil, soit une lumière focalisée.
Les chercheurs ont réalisé en premier lieu qu’un semi-conducteur au nitrure était capable d’exciter les électrons avec une énergie suffisamment haute pour la réaction réductive du CO2. Les semi-conducteurs au nitrure ont attiré l’attention pour leurs applications potentielles dans des dispositifs optiques et électriques extrêmement efficaces pour économiser l’énergie. Il s’est avéré toutefois que leur potentiel s’étendait au-delà des dispositifs solides ; plus spécifiquement, ils peuvent servir de photo-électrode pour réduire le CO2. En créant une structure à l’aide du processus à couche fine pour semi-conducteurs, la performance en tant que photo-électrode semble avoir été améliorée considérablement.
La réduction du CO2 se produit sur un catalyseur métallique à l’extrémité opposée de la photo-électrode en semi-conducteur au nitrure. Le catalyseur métallique joue un rôle important dans la sélection et l’accélération de la réaction. Ici, il est noté que le système est uniquement constitué de matériaux inorganiques qui peuvent réduire le CO2 avec une faible perte d’énergie. Pour cette raison explique Panasonic, la quantité de produits de réaction est exactement proportionnelle à l’énergie lumineuse : “C’est l’un des mérites de ce système entièrement inorganique tandis que certains systèmes conventionnels ne peuvent pas suivre l’énergie lumineuse en général à cause de leurs processus internes ou externes cinétiquement limitant dans les structures complexes.“
Le système à semi-conducteur au nitrure et catalyseur métallique génère principalement de l’acide formique à partir du CO2 et de l’eau avec de la lumière à une efficacité maximale mondiale de 0,2 %. L’efficacité est d’un niveau comparable aux plantes réelles utilisées dans la source d’énergie de la biomasse. L’acide formique est un produit chimique important de l’industrie des colorants et des parfums. La cinétique de réaction est complètement proportionnelle à l’énergie lumineuse en raison de la faible perte d’énergie avec une structure simple ; autrement dit, le système peut répondre à une lumière focalisée. Cela devrait permettre de réaliser un système simple et compact de capture et de conversion du dioxyde de carbone résiduaire provenant d’incinérateurs et de centrales électriques.
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