Des chercheurs du Centre de recherche sur les frontières énergétiques de l'Université de Caroline du Nord à Chapel Hill ont mis au point un système qui, selon eux, permet de convertir l'énergie solaire en carburant hydrogène.

“ Les ‘ carburants solaires ” comme l'hydrogène offrent une solution pour stocker l'énergie afin de l'utiliser la nuit, en s'inspirant de la photosynthèse naturelle “, a déclaré le chercheur principal Tom Meyer, professeur distingué de chimie au College of Arts and Sciences de l'UNC. ” Nos nouvelles découvertes pourraient constituer la dernière pièce manquante d'un puzzle concernant une nouvelle méthode de stockage de l'énergie solaire – elles pourraient marquer un tournant vers un avenir fondé sur l'énergie solaire. »

Baptisé cellule de photoélectrosynthèse sensibilisée par colorant (DSPEC), ce nouveau système – conçu par Meyer et ses collègues de l'UNC ainsi que par le groupe de Greg Parsons à la North Carolina State University – génère du carburant hydrogène en utilisant l'énergie solaire pour scinder l'eau en ses composants. Après la scission, l'hydrogène est isolé et stocké, tandis que le sous-produit oxygène est libéré dans l'air.

“ Mais scinder l'eau est extrêmement difficile à réaliser ”, a déclaré Meyer dans un communiqué. ” Il faut extraire quatre électrons de deux molécules d'eau, les transférer ailleurs et produire de l'hydrogène, puis, une fois cela fait, maintenir l'hydrogène et l'oxygène séparés. Concevoir des molécules capables de faire cela représente un véritable défi que nous avons commencé à relever. ”

La conception de Meyer comporte deux éléments essentiels : une molécule et une nanoparticule. La molécule, un assemblage chromophore-catalyseur, absorbe la lumière du soleil et active le catalyseur pour arracher des électrons à l'eau. La nanoparticule, à laquelle sont fixés des milliers d'assemblages chromophore-catalyseur, fait partie d'un film de nanoparticules qui transporte ces électrons vers l'extérieur pour produire de l'hydrogène.

Selon l'UNC-Chapel Hill, même avec les meilleures tentatives, le système finissait toujours par tomber en panne, soit parce que l'assemblage chromophore-catalyseur se détachait des nanoparticules, soit parce que les électrons ne pouvaient pas être transportés assez rapidement pour produire de l'hydrogène.

Pour résoudre ces deux problèmes, Meyer s'est tourné vers le groupe de Parsons à la NCSU afin d'utiliser une technique consistant à recouvrir la nanoparticule d'une fine couche de dioxyde de titane.

En utilisant des couches ultra-minces, les chercheurs ont constaté que la nanoparticule pouvait transporter les électrons beaucoup plus rapidement qu'auparavant, permettant ainsi aux électrons libérés de produire de l'hydrogène. Ils ont également trouvé comment fabriquer un revêtement protecteur qui maintient solidement l'assemblage chromophore-catalyseur sur la nanoparticule, garantissant ainsi que cet assemblage reste bien fixé à la surface.

Avec les électrons circulant à travers la nanoparticule et l'ancrage stabilisé, le nouveau système de Meyer peut transformer l'énergie solaire en carburant sans nécessiter presque aucune alimentation externe pour fonctionner.

L'infrastructure nécessaire pour installer ces convertisseurs de lumière solaire en carburant est à portée de main grâce aux technologies existantes. Une prochaine étape consistera à utiliser la même approche pour réduire le dioxyde de carbone en un carburant à base de carbone, tel que le formiate ou le méthanol.

“ Lorsqu'on parle d'alimenter une planète avec de l'énergie stockée dans des batteries, cela n'est tout simplement pas pratique ”, a déclaré Meyer. ” Il s'avère que la manière la plus dense en énergie de stocker l'énergie réside dans les liaisons chimiques des molécules. Et c'est précisément ce que nous avons fait – nous avons trouvé une réponse grâce à la chimie. ”