Même à l'œil nu, la quantité de lumière captée par les « mini-usines » est visible, allumé en rouge vif. Les « veines » à travers les feuilles sont les minces canaux à travers lesquels le liquide peut être pompé. Les produits de départ entrent dans le canal unique, la lumière provoque les réactions et le produit final sort par les autres canaux. Crédit :Bart van Overbeeke
Utiliser la lumière du soleil pour une production durable et bon marché de, par exemple, médicaments. La « mini-usine » en forme de feuille que les ingénieurs chimistes de l'Université de technologie d'Eindhoven ont présentée en 2016 a montré que c'était possible. Maintenant, les chercheurs sont arrivés avec une version améliorée :leur « mini-usine » est désormais capable de maintenir la production au même niveau, indépendamment de la variation d'ensoleillement due à la nébulosité ou à l'heure de la journée. Par conséquent, cela augmente le rendement moyen d'environ 20 %. Cela est dû à un système de feedback astucieux à moins de 50 euros qui ralentit ou accélère automatiquement la production. Cela a supprimé une barrière pratique importante pour les réacteurs verts qui fonctionnent uniquement à la lumière du soleil.
Avec leurs chercheurs de « feuilles artificielles », sous la direction de l'ingénieur chimiste d'Eindhoven Timothy Noël, a recueilli beaucoup d'admiration il y a environ un an et demi. Tout d'abord, ils ont réussi à rendre possible des réactions chimiques avec la lumière du soleil - quelque chose qui semblait auparavant presque impossible. Les chimistes rêvaient de cette possibilité depuis des lustres, mais le problème était que la quantité de lumière solaire n'était pas suffisante.
Leur percée peut être en partie attribuée à l'utilisation de matériaux relativement nouveaux (appelés concentrateurs solaires luminescents) qui scellent une partie spécifique de la lumière solaire à l'intérieur, de la même manière que les plantes qui le font en utilisant des molécules d'antenne spéciales dans leurs feuilles. La deuxième découverte a été d'appliquer des canaux très minces dans ces matériaux, à travers lequel les liquides sont pompés, exposant ainsi les liquides à une lumière solaire suffisante pour permettre aux réactions chimiques de se produire. Les produits finaux s'écoulent alors aux extrémités des canaux.
Problème :pas toujours la même quantité de soleil
L'un des plus gros problèmes pratiques pour l'appliquer à grande échelle est qu'il n'y a pas toujours la même intensité de lumière solaire. Parce que, par exemple, le ciel est nuageux ou la lumière du soleil varie en intensité et en composition au cours de la journée. "S'il y a trop de lumière, vous obtenez des sous-produits indésirables et s'il y a trop peu de lumière, les réactions n'ont pas lieu ou se font trop lentement, " explique Noël. " Idéalement, le système devrait s'adapter automatiquement à la quantité de lumière solaire entrante."
Le projet impliquait une diversité de disciplines, de la photocatalyse et de la science des matériaux à l'ingénierie et aux microréacteurs. Crédit :Bart van Overbeeke
Le système de rétroaction développé fait exactement cela. Il se compose de seulement trois éléments relativement simples. Un capteur de lumière mesure la quantité de lumière qui atteint les canaux. Un microcontrôleur traduit ce signal en une vitesse de pompe. Et la pompe entraîne les fluides à travers les canaux à cette vitesse. Tout cela coûte moins de 50 euros. Des expériences visant à déterminer la vitesse de pompe requise pour une intensité lumineuse spécifique ont permis aux chercheurs d'optimiser la boucle de rétroaction.
Essai sur le toit
En plus des tests en laboratoire sous lumière artificielle, ils ont également testé leur système à l'extérieur à la lumière naturelle du soleil, sur le toit de l'un des bâtiments du campus TU/e. À un réglage de rendement de 90 %, le système a maintenu la production stable pendant une heure entre 86 % et 93 %. Le même système sans boucle de rétroaction variait considérablement entre 55 % et 97 %. Le rendement moyen a été augmenté d'environ 20 % grâce à la boucle de rétroaction.
Selon Noël, cela rapproche considérablement un réacteur bon marché et durable de la capacité de produire des produits chimiques à grande échelle, où tu veux, avec seulement la lumière du soleil comme source d'énergie. "Il est inévitable que les prix de l'énergie augmentent. Et avec une source d'énergie comme le soleil qui est gratuite et disponible, ce genre de solutions technologiques peut faire la différence."
