Une équipe de scientifiques de l'Université nationale de Singapour (NUS) a développé un prototype d'appareil qui imite la photosynthèse naturelle pour produire de l'éthylène gazeux en utilisant uniquement la lumière du soleil, eau et dioxyde de carbone. La nouvelle méthode, qui produit de l'éthylène à température et pression ambiantes à l'aide de produits chimiques bénins, pourrait être étendu pour fournir une alternative plus écologique et durable à la méthode actuelle de production d'éthylène.

Ce développement dirigé par le professeur assistant Jason Yeo Boon Siang du département de chimie de la faculté des sciences de la NUS et de l'institut de recherche sur l'énergie solaire de Singapour (SERIS) a été publié pour la première fois dans la prestigieuse revue scientifique ACS Sustainable Chemistry &Engineering.

Les défis de la production actuelle d'éthylène

Éthylène, qui est la pierre angulaire du polyéthylène, est une matière première chimique importante produite en grandes quantités pour la fabrication de plastiques, caoutchouc et fibres. Plus de 170 millions de tonnes d'éthylène ont été produites dans le monde rien qu'en 2015, et la demande mondiale devrait dépasser 220 millions de tonnes d'ici 2020.

La production industrielle actuelle d'éthylène utilise le vapocraquage de combustibles fossiles entre 750°C et 950°C, qui consomme une grande quantité d'énergie et met à rude épreuve les ressources naturelles en combustibles. La méthode actuelle laisse également une empreinte carbone importante, émettant environ deux tonnes de dioxyde de carbone pour chaque tonne d'éthylène produite. En tant que tel, il existe une demande croissante pour une méthode de production d'éthylène plus propre et plus durable.

Adopter la photosynthèse artificielle

Reconnaissant la nécessité d'une méthode plus respectueuse de l'environnement, Le professeur adjoint Yeo et son équipe ont puisé dans les énergies renouvelables pour produire de l'éthylène. L'équipe a d'abord conçu un catalyseur au cuivre en 2015 qui pourrait générer de l'éthylène à partir d'eau facilement disponible et de dioxyde de carbone lorsqu'il est alimenté par l'électricité. Ce catalyseur au cuivre a ensuite été introduit dans un système de photosynthèse artificielle pour convertir le dioxyde de carbone et l'eau en éthylène en utilisant uniquement l'énergie solaire. Le prototype de dispositif conçu pour effectuer la réaction a atteint une efficacité faradique de 30 % de l'éthylène sur la base de la quantité d'électrons générés par l'énergie solaire. L'efficacité énergétique globale du solaire à l'éthylène est également comparable au niveau d'efficacité énergétique de la photosynthèse naturelle par les plantes.

« La capture du carbone est une étape clé dans la lutte contre le changement climatique provoqué par l'homme. Il y a eu une augmentation constante de la concentration atmosphérique de dioxyde de carbone, parce que le taux d'émissions de dioxyde de carbone dépasse celui de la capture du carbone. Cela a été attribué comme une cause majeure du réchauffement climatique qui conduit à des changements environnementaux indésirables. Notre appareil utilise non seulement une source d'énergie entièrement renouvelable, mais convertit également le dioxyde de carbone, un gaz à effet de serre en quelque chose d'utile. Cela pourrait potentiellement fermer le cycle du carbone, ", a déclaré le professeur Yeo.

L'équipe a également incorporé une batterie dans le dispositif prototype pour atteindre une production stable et continue d'éthylène, un défi majeur dans les systèmes de photosynthèse artificielle. La batterie stocke l'excès d'énergie solaire collectée dans la journée pour alimenter l'appareil la nuit ou dans des conditions de faible luminosité, en veillant à ce que les opérations ne soient pas interrompues par une quantité variable de lumière solaire tout au long de la journée.

L'invention marque une étape importante dans la réalisation d'un système de photosynthèse artificielle évolutif pour une production propre et durable de molécules organiques importantes comme l'éthylène.

Avancer, l'équipe continuera à travailler sur son appareil pour augmenter la production d'éthylène ainsi qu'à utiliser des systèmes similaires pour produire des carburants liquides tels que l'éthanol et le propanol.