Les feuilles artificielles imitent la photosynthèse - le processus par lequel les plantes utilisent l'eau et le dioxyde de carbone de l'air pour produire des glucides en utilisant l'énergie du soleil. Mais même des feuilles artificielles à la pointe de la technologie, qui promettent de réduire le dioxyde de carbone de l'atmosphère, ne fonctionnent qu'en laboratoire car ils utilisent pur, dioxyde de carbone sous pression des réservoirs.

Mais maintenant, des chercheurs de l'Université de l'Illinois à Chicago ont proposé une solution de conception qui pourrait faire sortir des feuilles artificielles du laboratoire et les rendre dans l'environnement. Leur feuille améliorée, qui utiliserait le dioxyde de carbone - un puissant gaz à effet de serre - de l'air, serait au moins 10 fois plus efficace que les feuilles naturelles pour convertir le dioxyde de carbone en carburant. Leurs découvertes sont publiées dans la revue ACS Chimie et Ingénierie Durables .

"Jusque là, toutes les conceptions de feuilles artificielles qui ont été testées en laboratoire utilisent du dioxyde de carbone provenant de réservoirs sous pression. Afin de mettre en œuvre avec succès dans le monde réel, ces appareils doivent pouvoir prélever du dioxyde de carbone à partir de sources beaucoup plus diluées, tels que l'air et les fumées, qui est le gaz émis par les centrales électriques au charbon, " dit Meenesh Singh, professeur assistant de génie chimique à l'UIC College of Engineering et auteur correspondant de l'article.

Décrocher l'approvisionnement en dioxyde de carbone sous pression de ces feuilles signifie qu'elles doivent avoir un moyen de collecter et de concentrer le dioxyde de carbone de l'air pour conduire leurs réactions photosynthétiques artificielles.

Singh et son collègue Aditya Prajapati, un étudiant diplômé dans son laboratoire, ont proposé de résoudre ce problème en encapsulant une feuille artificielle traditionnelle à l'intérieur d'une capsule transparente constituée d'une membrane semi-perméable de résine d'ammonium quaternaire et remplie d'eau. La membrane permet à l'eau de l'intérieur de s'évaporer lorsqu'elle est réchauffée par la lumière du soleil. Lorsque l'eau passe à travers la membrane, il attire sélectivement le dioxyde de carbone de l'air. L'unité de photosynthèse artificielle à l'intérieur de la capsule est constituée d'un absorbeur de lumière recouvert de catalyseurs qui convertissent le dioxyde de carbone en monoxyde de carbone, qui peut être siphonné et utilisé comme base pour la création de divers carburants synthétiques. De l'oxygène est également produit et peut être collecté ou rejeté dans l'environnement.

"En enveloppant la technologie traditionnelle des feuilles artificielles à l'intérieur de cette membrane spécialisée, l'ensemble est capable de fonctionner à l'extérieur, comme une feuille naturelle, " a déclaré Singh.

D'après leurs calculs, 360 feuilles, chacun 1,7 mètre de long et 0,2 mètre de large, produirait près d'une demi-tonne de monoxyde de carbone par jour qui pourrait servir de base aux carburants synthétiques. Trois cent soixante de ces feuilles artificielles couvrant une superficie de 500 mètres carrés seraient capables de réduire les niveaux de dioxyde de carbone de 10 pour cent dans l'air environnant à moins de 100 mètres du réseau en une journée.

"Notre conception utilise des matériaux et une technologie facilement disponibles, qui, lorsqu'elles sont combinées, peuvent produire une feuille artificielle prête à être déployée à l'extérieur du laboratoire où elle peut jouer un rôle important dans la réduction des gaz à effet de serre dans l'atmosphère, " a déclaré Singh.