Les chercheurs ont mis au point des "feuilles artificielles" flottantes qui génèrent des carburants propres à partir de la lumière du soleil et de l'eau, et pourraient éventuellement fonctionner à grande échelle en mer.

Les chercheurs, de l'Université de Cambridge, ont conçu des appareils ultra-minces et flexibles, qui s'inspirent de la photosynthèse, le processus par lequel les plantes convertissent la lumière du soleil en nourriture. Étant donné que les appareils autonomes à faible coût sont suffisamment légers pour flotter, ils pourraient être utilisés pour générer une alternative durable à l'essence sans prendre de place sur terre.

Des tests en extérieur de feuilles légères sur la rivière Cam, à proximité de sites emblématiques de Cambridge, dont le Pont des Soupirs, la bibliothèque Wren et la chapelle du King's College, ont montré qu'elles peuvent convertir la lumière du soleil en carburant aussi efficacement que les feuilles des plantes.

C'est la première fois que du carburant propre est généré sur l'eau, et si elles sont mises à l'échelle, les feuilles artificielles pourraient être utilisées sur les voies navigables polluées, dans les ports ou même en mer, et pourraient aider à réduire la dépendance de l'industrie maritime mondiale aux combustibles fossiles. Les résultats sont rapportés dans la revue Nature .

Alors que les technologies d'énergie renouvelable, telles que l'éolien et le solaire, sont devenues beaucoup moins chères et plus disponibles ces dernières années, pour des industries telles que le transport maritime, la décarbonisation est une commande beaucoup plus importante. Environ 80 % du commerce mondial est transporté par des cargos propulsés par des combustibles fossiles, mais le secteur a reçu remarquablement peu d'attention dans les discussions autour de la crise climatique.

Depuis plusieurs années, le groupe de recherche du professeur Erwin Reisner à Cambridge travaille à résoudre ce problème en développant des solutions durables au pétrole basées sur les principes de la photosynthèse. En 2019, ils ont mis au point une feuille artificielle qui fabrique du gaz de synthèse, un intermédiaire clé dans la production de nombreux produits chimiques et pharmaceutiques, à partir de la lumière du soleil, du dioxyde de carbone et de l'eau.

Le prototype précédent générait du carburant en combinant deux absorbeurs de lumière avec des catalyseurs appropriés. Cependant, il incorporait des substrats de verre épais et des revêtements de protection contre l'humidité, ce qui rendait l'appareil encombrant.

"Les feuilles artificielles pourraient réduire considérablement le coût de la production de carburant durable, mais comme elles sont à la fois lourdes et fragiles, elles sont difficiles à produire à grande échelle et à transporter", a déclaré le Dr Virgil Andrei du département de chimie Yusuf Hamied de Cambridge, le journal. co-auteur principal.

"Nous voulions voir jusqu'où nous pouvions réduire les matériaux utilisés par ces appareils, sans affecter leurs performances", a déclaré Reisner, qui a dirigé la recherche. "Si nous pouvons réduire suffisamment les matériaux pour qu'ils soient suffisamment légers pour flotter, cela ouvre de toutes nouvelles façons d'utiliser ces feuilles artificielles."

Pour la nouvelle version de la feuille artificielle, les chercheurs se sont inspirés de l'industrie électronique, où les techniques de miniaturisation ont conduit à la création de smartphones et d'écrans flexibles, révolutionnant le domaine.

Le défi pour les chercheurs de Cambridge était de savoir comment déposer des absorbeurs de lumière sur des substrats légers et les protéger contre les infiltrations d'eau. Pour surmonter ces défis, l'équipe a utilisé des oxydes métalliques en couches minces et des matériaux connus sous le nom de pérovskites, qui peuvent être enduits sur des feuilles de plastique et de métal flexibles. Les appareils étaient recouverts de couches micrométriques à base de carbone hydrofuges qui empêchaient la dégradation par l'humidité. Ils se sont retrouvés avec un appareil qui non seulement fonctionne, mais ressemble également à une vraie feuille.

"Cette étude démontre que les feuilles artificielles sont compatibles avec les techniques de fabrication modernes, ce qui représente une première étape vers l'automatisation et la mise à l'échelle de la production de combustible solaire", a déclaré Andrei. "Ces feuilles combinent les avantages de la plupart des technologies de combustibles solaires, car elles permettent d'atteindre le faible poids des suspensions de poudre et les hautes performances des systèmes câblés."

Les tests des nouvelles feuilles artificielles ont montré qu'elles peuvent décomposer l'eau en hydrogène et en oxygène, ou réduire le CO₂ au gaz de synthèse. Bien que des améliorations supplémentaires devront être apportées avant qu'ils ne soient prêts pour des applications commerciales, les chercheurs affirment que ce développement ouvre de toutes nouvelles voies dans leur travail.

"Les fermes solaires sont devenues populaires pour la production d'électricité ; nous envisageons des fermes similaires pour la synthèse de carburant", a déclaré Andrei. "Ceux-ci pourraient approvisionner les établissements côtiers, les îles éloignées, couvrir les étangs industriels ou éviter l'évaporation de l'eau des canaux d'irrigation."

"De nombreuses technologies d'énergie renouvelable, y compris les technologies de carburant solaire, peuvent occuper de grandes quantités d'espace sur terre, donc déplacer la production vers l'eau libre signifierait que l'énergie propre et l'utilisation des terres ne sont pas en concurrence", a déclaré Reisner. "En théorie, vous pourriez enrouler ces appareils et les mettre presque n'importe où, dans presque tous les pays, ce qui contribuerait également à la sécurité énergétique." + Explorer plus loin

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