Des chercheurs de Cambridge utilisent la lumière du soleil pour créer une goutte de liquide propre

Motiyar Rahman

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Des chercheurs de l'Université de Cambridge au Royaume-Uni ont réussi à reproduire le processus de la photosynthèse pour convertir le dioxyde de carbone et l'eau en carburant. Le point culminant de la recherche est que le carburant peut être utilisé comme carburant de remplacement pour les véhicules existants, selon un communiqué de presse.

Alors que les pays du monde entier cherchent des moyens de s'éloigner des combustibles fossiles, les modes de transport électriques sont promus tout en décourageant la vente de véhicules équipés de moteurs à combustion interne (ICE). Bien que la politique ait la bonne intention, un passage obligatoire aux véhicules électriques laissera des millions de véhicules avec ICE dans le dépotoir tout en augmentant la demande de minéraux de terres rares nécessaires à la fabrication de batteries de véhicules électriques.

Un carburant non émetteur de carbone pourrait prolonger la durée de vie des véhicules ICE sans soulever de préoccupations quant à la détérioration de l'environnement. La recherche à Cambridge promet de faire de cette possibilité une réalité dans un proche avenir.

Les biocarburants tels que l'éthanol ont été suggérés pour remplacer les carburants fossiles. Les pays ont déjà commencé à les utiliser comme substituts dans de plus petites proportions. Cependant, la production de biocarburants nécessite le détournement de terres agricoles.

Avec une population mondiale en croissance constante, beaucoup ont remis en question la nécessité de convertir les aliments en carburant. Aux États-Unis seulement, 45 % du maïs cultivé est utilisé pour la production d'éthanol.

Motiar Rahman

Erwin Reisner et son équipe de chercheurs à Cambridge ont cherché des moyens de générer des carburants sans carbone et ont trouvé leur réponse dans la feuille artificielle. Tout comme leurs homologues naturels, les feuilles artificielles convertissent le dioxyde de carbone et l'eau en produits chimiques utilisables qui peuvent être utilisés dans l'industrie pharmaceutique, plastique ou énergétique.

Les chercheurs ont pu utiliser leur feuille artificielle pour fabriquer du gaz de synthèse, une combinaison d'hydrogène et de monoxyde de carbone. Cependant, ils en avaient besoin pour fabriquer des produits chimiques beaucoup plus complexes en une seule étape si la technologie devait avoir des applications pratiques.

Les chercheurs ont ensuite développé un catalyseur utilisant du cuivre et du palladium qui a permis à la feuille artificielle de produire des produits chimiques complexes comme l'éthanol et le propanol. Ces deux alcools multicarbonés sont également des carburants à haute densité qui peuvent être stockés et transportés facilement.

La recherche d'autres groupes a également conduit à la synthèse de ces molécules d'alcool, mais la source d'énergie dans leur cas était l'électricité. C'est la première fois que seule l'énergie solaire est utilisée pour synthétiser ces produits chimiques.

L'appareil est encore au stade de la preuve de concept. L'équipe de recherche travaille maintenant à optimiser les absorbeurs de lumière et le catalyseur afin que plus de carburant puisse être généré, augmentant ainsi l'efficacité globale du système. D'autres travaux impliqueront également d'augmenter la taille de la feuille afin que de grands volumes de carburant puissent être générés à la fois.

Les résultats de la recherche ont été publiés aujourd'hui dans la revue Nature Energy.

Abstrait:

La synthèse de carburants liquides à haute densité énergétique à partir de CO2 et de H2O alimentés par la lumière du soleil a le potentiel de créer une économie circulaire. Malgré les progrès réalisés dans la production de produits gazeux simples, l'assemblage de dispositifs photoélectrochimiques non assistés pour la production multi-carbone liquide reste un défi majeur. Ici, nous avons assemblé un dispositif de feuille artificielle autonome en intégrant un électrocatalyseur Cu94Pd6 dérivé d'oxyde avec des absorbeurs de lumière en tandem pérovskite-BiVO4 qui associent la réduction du CO2 à l'oxydation de l'eau. Le Cu94Pd6 filaire | Le dispositif pérovskite-BiVO4 fournit une efficacité faradique d'environ 7,5 % pour les alcools multicarbonés (~ 1: 1 éthanol et n-propanol), tandis que la feuille artificielle autonome produit des alcools d'environ 1 μmol cm-2 après 20 h de fonctionnement sans assistance sous AM 1,5 Irradiation G avec un taux de ~50 μmol h-1 gCuPd-1. Cette étude démontre la production de carburants liquides multicarbonés à partir de CO2 sur une feuille artificielle et nous rapproche donc de l'utilisation de la lumière solaire pour générer des produits complexes à valeur ajoutée.