Une nouvelle technologie qui exploite la lumière du soleil pour entraîner des réactions chimiques ouvre la voie à une industrie de fabrication de produits chimiques plus durable, l'un des plus gros consommateurs d'énergie au monde.

Des chercheurs de l'Université RMIT ont développé un matériau nano-amélioré qui peut capturer un incroyable 99% de lumière et la convertir pour alimenter des réactions chimiques.

En plus de réduire l'impact environnemental de la fabrication de produits chimiques, l'innovation pourrait un jour être utilisée pour fournir des technologies telles que de meilleures caméras infrarouges et le dessalement de l'eau à l'énergie solaire.

Publié aujourd'hui dans ACS Matériaux énergétiques appliqués , la recherche aborde le défi de trouver des sources d'énergie alternatives pour la fabrication de produits chimiques, qui représente environ 10 % de la consommation énergétique mondiale et 7 % des émissions industrielles de gaz à effet de serre.

Aux Etats-Unis, la fabrication de produits chimiques consomme plus d'énergie que toute autre industrie, représentant 28 % de la consommation énergétique industrielle en 2017.

Alors que la photo catalyse - l'utilisation de la lumière pour conduire des réactions chimiques - se développe dans l'industrie, l'efficacité et le coût restent des obstacles importants à une adoption plus large.

Le chercheur principal, le professeur agrégé Daniel Gomez, a déclaré que la nouvelle technologie maximisait l'absorption de la lumière pour convertir efficacement l'énergie lumineuse en énergie chimique.

« La fabrication de produits chimiques est une industrie gourmande en énergie car les processus catalytiques traditionnels nécessitent un chauffage et une pression intensifs pour entraîner les réactions, " Gomez, un futur boursier de l'ARC à l'École des sciences du RMIT, mentionné.

"Mais l'un des grands défis de la transition vers un avenir plus durable est que bon nombre des matériaux les mieux adaptés pour déclencher des réactions chimiques ne sont pas assez réactifs à la lumière."

« Le photo-catalyseur que nous avons développé peut capter 99 % de la lumière sur tout le spectre, et 100% de couleurs spécifiques.

"C'est une technologie évolutive et efficace qui ouvre de nouvelles opportunités pour l'utilisation de l'énergie solaire, en passant de la production d'électricité à la conversion directe de l'énergie solaire en produits chimiques précieux."

Nano-technologie pour l'énergie solaire

Les recherches ont porté sur le palladium, un élément excellent pour produire des réactions chimiques mais généralement peu réactif à la lumière.

En manipulant les propriétés optiques des nanoparticules de palladium, les chercheurs ont réussi à rendre le matériau plus sensible à la lumière.

Alors que le palladium est rare et cher, la technique ne nécessite qu'une infime quantité :4 nanomètres de palladium nano-amélioré suffisent pour absorber 99 % de la lumière et réaliser une réaction chimique. Un cheveu humain moyen, en comparaison, est 100, 000 nanomètres d'épaisseur.

Au-delà de la fabrication chimique, l'innovation pourrait être davantage développée pour une gamme d'autres applications potentielles, notamment une meilleure technologie de vision nocturne en produisant des images plus sensibles à la lumière et plus claires.

Une autre utilisation potentielle est le dessalement. Le matériau nano-amélioré pourrait être mis dans de l'eau salée puis exposé au soleil, produire suffisamment d'énergie pour faire bouillir et évaporer l'eau, en le séparant du sel.

Gomez, qui dirige le Polaritonics Lab au RMIT, a déclaré que la nouvelle technologie pourrait augmenter considérablement le rendement dans le secteur émergent de la photo-catalyse, les principales entreprises produisant actuellement environ 30 kg de produits par jour en utilisant la lumière comme force motrice.

« Nous dépendons tous des produits de l'industrie de fabrication chimique, des plastiques aux médicaments, aux engrais et aux matériaux qui produisent les couleurs sur les écrans numériques, " il a dit.

"Mais tout comme le reste de notre économie, c'est une industrie actuellement alimentée par le carbone.

"Notre objectif ultime est d'utiliser cette technologie pour exploiter efficacement la lumière du soleil et convertir l'énergie solaire en produits chimiques, dans le but de transformer cette industrie vitale en une industrie renouvelable et durable. »