Une plante artificielle transforme la lumière du soleil et le dioxyde de carbone en carburants durables

25 mars 2019

Un groupe de scientifiques européens, coordonnés par une équipe du Collège de France (chaire Chimie des processus biologiques), a créé un dispositif qui, à l’image des plantes, permet de convertir le CO2, l’eau et la lumière du soleil en carburants et en produits chimiques à haute valeur ajoutée.

plante

Ce nouveau dispositif tout-en-un imite la photosynthèse des plantes et est produit avec des procédés de fabrication simples, respectueux de l’environnement et utilisant des matériaux abondants. L’étude, qui vient d’être publiée dans la prestigieuse revue scientifique américaine Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS, T. Huan et coll. , 25 mars 2019 - DOI: 10.1073/pnas.1815412116), rapporte une efficacité record de 2,3 % pour la production d’hydrocarbures à partir de lumière solaire, tout en utilisant uniquement des matériaux bon marché et faciles à mettre en œuvre.  De telles plantes artificielles nous rapprochent d’une économie en cycle fermé, où les combustibles seraient produits à partir du même dioxyde de carbone produit en les brûlant.

« Les autres systèmes analogues utilisent des métaux très couteux comme l’iridium et l’argent, mais nous n’en avons ici pas besoin », expliquent Victor Mougel (professeur au Laboratory of Inorganic Chemistry, ETH Zürich) et Marc Fontecave (professeur au Collège de France, titulaire de la chaire Chimie des processus biologiques), co-auteurs de l’étude. « Notre dispositif est conçu avec des métaux abondants sur terre, des matériaux bon marché et ne contenant pas de minerais de zones de conflits » ajoutent-ils. « En outre, nous avons réussi à intégrer l’ensemble des composants du système dans un seul appareil très simple à fabriquer (…) Nous avons réussi à faire un appareil peu coûteux qui transforme la lumière du soleil et le dioxyde de carbone des carburants et en produits chimiques utiles. »

Les plantes vivent à l’aide de la photosynthèse. Elles obtiennent l’eau et le dioxyde de carbone de l’air, et les transforment en sucres à l’aide d’énergie solaire. Le nouveau dispositif imaginé par ces chercheurs imite les plantes et utilise le CO2, l’eau et la lumière du soleil pour produire des carburants et des produits chimiques à haute valeur ajoutée. De telles approches avaient déjà été initiées, mais désormais les chercheurs ont réussi à surpasser les plantes – leur processus est deux fois plus efficace que ces dernières– et ceci en utilisant uniquement des matériaux faiblement coûteux. Le nouveau dispositif permet la conversion de 2.3% de l’énergie solaire reçue en hydrocarbures.

L’un des éléments clés de cette nouvelle plante artificielle réside dans la technologie utilisée dans ses « feuilles » – les cellules solaires qui capturent la lumière et la transforment en énergie. « Les systèmes classiquement développés utilisent des panneaux solaires très coûteux et contenant des produits chimiques dangereux tels que le gallium, l’indium et même l’arsenic » indique Federico Bella (chercheur à l’Institut Polytechnique de Turin et co-auteur de l’étude). « Notre approche utilise des cellules solaires perovskites possédant un excellent rapport coût-efficacité tout en étant résistantes à l’eau, ce qui rend notre dispositif prêt à être utilisé dans des conditions réelles » ajoute-t-il. « En outre, nos cellules solaires perovskites peuvent être simplement imprimées sur n’importe quelle surface » explique Bella. « Oubliez les cellules solaires à base de silicium coûteuses et difficiles à produire en salles blanches » dit-il. « Nous avons juste besoin d’une imprimante, d’un support en verre ou en plastique, pour les préparer ! »

Enfin, étant donné que l’appareil utilise le dioxyde de carbone comme seule source de carbone pour produire des carburants et des produits chimiques utiles, il pourrait éventuellement conduire à une solution durable à l’accumulation des gaz à effet de serre dans notre atmosphère. Les plantes produisent des sucres, mais ces dispositifs produisent des carburants et des produits chimiques à haute valeur ajoutée qui peuvent être alimentés dans nos chaînes d’approvisionnement existantes. « De tels dispositifs nous rapprochent d’une économie en cycle fermé », précisent Mougel et Fontecave. « Imaginez un monde où les combustibles proviendraient du même dioxyde de carbone que celui produit par leur combustion (…) Potentiellement, nous pourrions stopper les émissions de dioxyde de carbone et limiter le changement climatique. »