Une voie de réaction chimique au cœur de la biologie végétale a été adaptée pour former l'épine dorsale d'un nouveau processus qui convertit l'eau en carburant hydrogène en utilisant l'énergie du soleil.

Dans une étude récente du Laboratoire national d'Argonne du Département de l'énergie des États-Unis (DOE), les scientifiques ont combiné deux complexes protéiques liés à la membrane pour effectuer une conversion complète des molécules d'eau en hydrogène et en oxygène.

Le travail s'appuie sur une étude antérieure qui a examiné l'un de ces complexes protéiques, appelé Photosystème I, une protéine membranaire qui peut utiliser l'énergie de la lumière pour alimenter en électrons un catalyseur inorganique qui produit de l'hydrogène. Cette partie de la réaction, cependant, représente seulement la moitié du processus global nécessaire à la production d'hydrogène.

En utilisant un deuxième complexe protéique qui utilise l'énergie de la lumière pour diviser l'eau et en retirer des électrons, appelé Photosystème II, La chimiste d'Argonne Lisa Utschig et ses collègues ont pu prélever des électrons dans l'eau et les alimenter au photosystème I.

"La beauté de cette conception réside dans sa simplicité - vous pouvez auto-assembler le catalyseur avec la membrane naturelle pour faire la chimie que vous voulez" - Lisa Utschig, chimiste d'Argonne

Dans une expérience précédente, les chercheurs ont fourni au Photosystem I des électrons provenant d'un donneur d'électrons sacrificiel. "L'astuce était de savoir comment amener deux électrons au catalyseur en succession rapide, " a déclaré Utschig.

Les deux complexes protéiques sont noyés dans les membranes des thylacoïdes, comme ceux trouvés à l'intérieur des chloroplastes créateurs d'oxygène dans les plantes supérieures. « La membrane, que nous avons tiré directement de la nature, est indispensable pour appairer les deux photosystèmes, " Utschig a déclaré. " Il soutient structurellement les deux simultanément et fournit une voie directe pour le transfert d'électrons inter-protéines, mais n'empêche pas la liaison du catalyseur au Photosystème I."

Selon Utschig, le schéma Z - qui est le nom technique de la chaîne de transport d'électrons déclenchée par la lumière de la photosynthèse naturelle qui se produit dans la membrane thylakoïde - et le catalyseur synthétique s'assemblent assez élégamment. "La beauté de cette conception réside dans sa simplicité - vous pouvez auto-assembler le catalyseur avec la membrane naturelle pour faire la chimie que vous voulez, " elle a dit.

Une amélioration supplémentaire impliquait la substitution de catalyseurs contenant du cobalt ou du nickel au catalyseur coûteux au platine qui avait été utilisé dans l'étude précédente. Les nouveaux catalyseurs au cobalt ou au nickel pourraient réduire considérablement les coûts potentiels.

La prochaine étape de la recherche, selon Utschig, implique l'incorporation du schéma Z lié à la membrane dans un système vivant. « Une fois que nous avons un in vivo système - un système dans lequel le processus se déroule dans un organisme vivant - nous pourrons vraiment voir le caoutchouc prendre la route en termes de production d'hydrogène, " elle a dit.