Énergie et environnement

Une équipe convertit l'eau en hydrogène grâce à la photosynthèse

Une équipe convertit l'eau en hydrogène grâce à la photosynthèse

La croissance économique mondiale s'accompagne d'une demande de plus d'énergie. Mais notre planète est sur le point de succomber aux habitudes de nos proches. C'est sur cette scène que des solutions énergétiques efficaces et vertes entrent en jeu.

Les scientifiques de l'Institut israélien de technologie ont mis au point une technique de conversion solaire-carburant avec une efficacité record. Leur idée est de mettre en œuvre les mécanismes de la photosynthèse pour pousser l'efficacité de conversion d'énergie vers de nouveaux sommets.

doctorat Lilac Amirav, le principal investigateur de l'étude, déclare: "Nous voulons fabriquer un système photocatalytique qui utilise la lumière du soleil pour entraîner des réactions chimiques d'importance environnementale." Elle et son groupe de l'Institut israélien de technologie sont en train de concevoir un photocatalyseur qui peut éliminer et isoler l'hydrogène de l'eau.

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Elle explique: «Lorsque nous plaçons nos nanoparticules en forme de bâtonnet dans l'eau et que nous éclairons dessus, elles génèrent des charges électriques positives et négatives», et ajoute: «Les molécules d'eau se cassent; les charges négatives produisent de l'hydrogène (réduction) et les charges positives produisent oxygène (oxydation). Les deux réactions, impliquant les charges positives et négatives, doivent avoir lieu simultanément. Sans profiter des charges positives, les charges négatives ne peuvent pas être acheminées pour produire l'hydrogène souhaité "

Bien que, comme nous le savons tous, les contraires s'attirent. Si les charges positives et négatives trouvent l'occasion de fusionner, elles s'excluent mutuellement, ne nous laissant rien. Il est donc nécessaire de conserver des particules avec des propriétés de charge différentes.

Pour ce faire, l'équipe a conçu des hétérostructures uniques qui incluent différents semi-conducteurs ainsi que des catalyseurs métalliques et d'oxydes métalliques. Ils ont construit un système modèle pour étudier l'oxydation et la réduction et ont optimisé leurs hétérostructures pour de meilleures performances.

Dans une recherche de 2016, la même équipe a conçu une autre hétérostructure. Le point quantique de séléniure de cadmium à une extrémité a attiré une charge positive tandis que la charge négative s'est accumulée de l'autre côté.

Amirav a déclaré: "En ajustant la taille du point quantique et la longueur de la tige, ainsi que d'autres paramètres, nous avons obtenu une conversion de 100% de la lumière du soleil en hydrogène à partir de la réduction de l'eau." Dans ce système, une seule nanoparticule de photocatalyseur pourrait produire 360 ​​000 molécules d'hydrogène par heure.

Mais dans cette étude plus ancienne, seule la partie réduction de la réaction a été étudiée. Pour qu'un convertisseur solaire-carburant fonctionne, nous devons également gérer l'autre partie, l'oxydation. Amirav remarque "Nous ne convertissions pas encore l'énergie solaire en carburant" et précise: "Nous avions encore besoin d'une réaction d'oxydation qui fournirait continuellement des électrons au point quantique."

C'est un défi de taille de parcourir le processus d'oxydation de l'eau car il comporte plusieurs étapes. En outre, les sous-produits des réactions faussent le résultat en compromettant la stabilité du semi-conducteur.

Dans leur dernière étude, ils ont adopté une approche différente. Cette fois, au lieu de l'eau, ils ont utilisé un composé appelé benzylamine pour la partie oxydation. De cette façon, l'eau se réduit en hydrogène et en oxygène tandis que la benzylamine se transforme en benzaldéhyde. Le Département américain de l'énergie définit 5 à 10 pour cent comme le «seuil de faisabilité pratique». L'efficacité maximale de cette méthode a été évaluée à 4,2%.

Les chercheurs recherchent d'autres composés qui pourraient s'avérer viables pour la conversion solaire-chimique. Avec l'IA de leur côté, ils recherchent des composés qui conviendraient bien à ce processus. Amirav note que ce processus a été fructueux jusqu'à présent.

Les résultats de l'étude seront présentés lors de la réunion et de l'exposition d'automne 2020 de l'American Chemical Society (virtuellement, bien sûr).


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