Cette minuscule feuille artificielle flottante convertit la lumière du soleil en carburant

La pile à combustible solaire ultra-mince, flexible et autonome pourrait constituer une alternative durable à l’essence sans prendre de place sur la terre ferme.

Feuille solaire artificielle – Cambridge

Récemment, Cambridge a été témoin de feuilles flottant sur la rivière Cam, près de sites emblématiques de la ville, notamment le pont des Soupirs, la bibliothèque Wren et la chapelle du King’s College. On pourrait penser que c’est normal. Mais ces feuilles étaient “artificielles” et transformaient la lumière du soleil en carburant aussi efficacement que les feuilles des plantes.

Des chercheurs de l’université de Cambridge ont mis au point ces “feuilles artificielles” flottantes, inspirées de la photosynthèse pour produire des carburants propres à partir de la lumière du soleil et de l’eau. Ces dispositifs ultra-minces, flexibles et autonomes sont suffisamment légers pour flotter et pourraient constituer une excellente alternative durable au pétrole sans prendre de place sur la terre ferme.

C’est la première fois que du carburant propre est généré sur l’eau. Si elles sont mises à l’échelle, les feuilles artificielles pourraient être utilisées sur les voies d’eau polluées, dans les ports ou même en mer, et pourraient contribuer à réduire la dépendance de l’industrie mondiale du transport maritime vis-à-vis des combustibles fossiles.

Les résultats sont publiés dans la revue Nature.

Peut réduire le coût de la production de carburant durable

Depuis plusieurs années, le groupe de recherche du professeur Erwin Reisner, à Cambridge, s’efforce de mettre au point des solutions durables pour l’essence basées sur le principe de la photosynthèse. Mais les technologies existantes étaient soit inefficaces, soit si lourdes qu’elles devaient être confinées à la terre, où l’espace était un problème.

À titre d’illustration, en 2019, des chercheurs ont mis au point une feuille artificielle qui produit du gaz de synthèse à partir de la lumière du soleil, du dioxyde de carbone et de l’eau. Bien qu’elle ait généré du carburant en combinant deux absorbeurs de lumière avec des catalyseurs appropriés, elle a intégré des substrats en verre épais et des revêtements de protection contre l’humidité, ce qui a donné lieu à un dispositif volumineux.

“Les feuilles artificielles pourraient réduire considérablement le coût de la production de carburant durable, mais comme elles sont à la fois lourdes et fragiles, elles sont difficiles à produire à grande échelle et à transporter”, a déclaré Virgil Andrei du département de chimie Yusuf Hamied de Cambridge, co-auteur principal de l’article.

“Nous voulions voir dans quelle mesure nous pouvions réduire les matériaux utilisés par ces dispositifs sans affecter leurs performances”, a déclaré M. Reisner, qui a dirigé les recherches. “Si nous parvenons à réduire suffisamment les matériaux pour qu’ils soient assez légers pour flotter, cela ouvre de toutes nouvelles possibilités d’utilisation de ces feuilles artificielles.”

À gauche : Dr Virgil Andrei. À droite : La feuille artificielle. Virgil Andrei

“Nous envisageons des fermes similaires pour la synthèse des carburants”

Les experts se sont inspirés de l’industrie électronique, connue pour ses techniques de miniaturisation.

Mais le défi consistait à déposer des absorbeurs de lumière sur des substrats légers et à les protéger contre les infiltrations d’eau. Pour y parvenir, l’équipe a utilisé des oxydes métalliques en couches minces et des matériaux connus sous le nom de pérovskites, qui peuvent être déposés sur des feuilles de plastique et de métal flexibles. Les dispositifs ont été recouverts de couches micrométriques hydrofuges à base de carbone qui empêchent la dégradation par l’humidité.

“Cette étude démontre que les feuilles artificielles sont compatibles avec les techniques de fabrication modernes, ce qui représente une première étape vers l’automatisation et la mise à l’échelle de la production de combustible solaire”, a déclaré Andrei. “Ces feuilles combinent les avantages de la plupart des technologies de carburant solaire, car elles atteignent le faible poids des suspensions de poudre et les hautes performances des systèmes câblés.”

“Les fermes solaires sont devenues populaires pour la production d’électricité ; nous envisageons des fermes similaires pour la synthèse de carburant”, a déclaré Andrei. “Celles-ci pourraient alimenter des établissements côtiers, des îles éloignées, couvrir des bassins industriels ou éviter l’évaporation de l’eau des canaux d’irrigation.”

“De nombreuses technologies d’énergie renouvelable, y compris les technologies de carburant solaire, peuvent occuper de grandes quantités d’espace sur terre, donc déplacer la production en pleine eau signifierait que l’énergie propre et l’utilisation des terres ne sont pas en concurrence”, a déclaré Reisner. “En théorie, vous pourriez enrouler ces dispositifs et les mettre presque partout, dans presque tous les pays, ce qui contribuerait également à la sécurité énergétique.”

Lire aussi : Une nouvelle « feuille artificielle » capte 100 fois plus de carbone que les autres

Source : Interesting Engineering – Traduit par Anguille sous roche