Imaginez que nous puissions faire ce que les plantes vertes peuvent faire : la photosynthèse. Nous pourrions alors satisfaire nos énormes besoins énergétiques avec de l’hydrogène vert foncé et du biodiesel climatiquement neutre. Les scientifiques y travaillent depuis des décennies. Le chimiste Chengyu Liu recevra son doctorat le 8 juin pour une nouvelle étape qui rapproche la photosynthèse artificielle. Il s’attend à ce que ce soit monnaie courante dans cinquante ans.
En fait, nous pouvons déjà réaliser la photosynthèse comme le peuvent les plantes vertes. L’énergie solaire convertit le CO2 et l’eau en oxygène et en composés chimiques que nous pouvons utiliser comme carburant. De l’hydrogène par exemple, mais aussi des composés carbonés comme ceux que l’on trouve dans l’essence. Mais les coûts sont plus élevés que la valeur du carburant qu’il produit. Si cela change, et que nous pouvons intensifier cette photosynthèse artificielle de manière gigantesque, alors tous nos problèmes énergétiques seront résolus. Ensuite, les émissions de CO2 provenant de la production d’énergie deviendront négatives.
Prometteur, mais nous n’en sommes pas encore là
Bien que cela semble prometteur, nous n’en sommes pas encore là. Chengyu Liu, l’un des chercheurs dévoués travaillant sur la photosynthèse artificielle : « Maintenant que ce sujet est un sujet brûlant dans le monde entier, je pense que la première véritable application de cela sera un fait dans vingt ans. » Mais ce n’est pas tout, poursuit-il : « Après l’introduction d’une nouvelle technologie comme celle-ci, il faut toujours des décennies avant qu’elle ne devienne une pratique courante. Il en fut de même après l’invention de la machine à vapeur au XIXe siècle. encore trente à cinquante ans avant qu’il ne soit utilisé industriellement à grande échelle. »
Véritable hydrogène vert
Nous avons déjà des voitures fonctionnant à l’hydrogène, avec uniquement de l’eau comme gaz d’échappement. Mais il faut beaucoup d’énergie pour fabriquer cet hydrogène. L’« hydrogène vert » que nous produisons aujourd’hui signifie uniquement que nous obtenons l’énergie nécessaire à sa production à partir d’une éolienne ou d’un panneau solaire, et non à partir du charbon, du gaz ou du pétrole. Avec la photosynthèse, cette énergie provient directement du soleil, sans qu’un panneau solaire ne doive d’abord fournir de l’énergie.
Pas de faux arbres, mais de grandes surfaces nécessaires
À quoi ressemblerait notre monde lorsque la photosynthèse artificielle serait la norme ? Aurions-nous des arbres artificiels avec des feuilles artificielles partout pour répondre à nos besoins énergétiques ? « En effet, il faut d’immenses surfaces pour capter la lumière, le gaz CO2 et l’eau (vapeur). Cela peut se faire, par exemple, sous la forme de panneaux solaires sur les toits. Ou nous pourrions placer des boîtes à photosynthèse dans le désert, fonctionnant pendant la jour et la collecte de vapeur d’eau dans la soirée. Il doit y avoir beaucoup plus de façons différentes d’utiliser ce type d’installation. Une fois que nous avons réussi à résoudre le problème du prix des réactions elles-mêmes, la prochaine étape sera l’optimisation des appareils pour des applications à grande échelle . »
Liu l’envisage déjà totalement : « Ce serait formidable si nous pouvions utiliser l’eau de mer, car elle n’est pas rare. Nous utiliserions alors un appareil qui produit de l’énergie à très bon marché avec du soleil gratuit, de l’eau de mer gratuite et du CO2 gratuit. L’énergie fossile serait beaucoup trop cher en comparaison. »
Deux composants : séparation de l’eau et réduction du CO2
La photosynthèse artificielle, comme la variante naturelle des plantes vertes, se compose de deux parties. L’un est la séparation de l’eau en hydrogène et en oxygène. L’autre est la réduction du dioxyde de carbone en hydrocarbures riches en énergie. L’objectif est de réaliser ces deux parties dans un seul système qui d’une part réduit la teneur en CO2 de l’air, et d’autre part produit des carburants et de l’oxygène.
Le catalyseur idéal : efficace, bon marché et facilement disponible
Dans son doctorat. recherche, Liu s’est concentré sur la première partie de la séparation de l’eau, qui produit de l’hydrogène et de l’oxygène. Un accélérateur de réaction ou un catalyseur peut aider à rendre cette réaction plus économe en énergie. Liu : « Entre autres choses, j’ai développé des stratégies pour concevoir des catalyseurs plus efficaces. Le catalyseur idéal est non seulement efficace, mais aussi bon marché et facilement disponible. Il ne devrait pas s’agir d’un métal rare, par exemple, que vous devez vous procurer quelque part. avec beaucoup de dégâts environnementaux. »
Un des meilleurs moments
Trouver le catalyseur idéal est l’un des plus grands défis dans le domaine de la recherche, dit Liu. « L’un des meilleurs moments de mes recherches a été lorsque j’ai trouvé une nouvelle stratégie pour concevoir un catalyseur pour la production d’hydrogène, directement dans un environnement au pH neutre. »
Les recherches de Liu ont fourni de nouvelles règles de conception et des idées sur la façon d’obtenir une photosynthèse artificielle efficace. « Les résultats fournissent une compréhension fondamentale ainsi qu’une stratégie pratique pour trouver de nouveaux catalyseurs pour l’oxydation de l’eau. J’espère poursuivre mes recherches. À terme, j’aimerais faire partie des chercheurs qui parviennent à un système complet de photosynthèse artificielle. »
Le promoteur Bonnet voit Liu être là lorsque les chercheurs rendent réaliste un système complet de photosynthèse artificielle. « Mon sentiment est que si les gens trouvent un jour un moyen de réaliser une photosynthèse artificielle efficace, ou un moyen de fabriquer une feuille artificielle, Chengyu pourrait être l’un d’entre eux. Il a la passion, la compréhension, l’excellente attitude scientifique et il a reçu excellente formation. »