Une photosynthèse artificielle pour les combustibles solaires
L'énergie solaire est disponible partout, souvent en abondance, même dans les zones densément peuplées, et même dans l'Europe du Nord. La quantité d'énergie solaire est suffisante pour pouvoir abandonner les combustibles fossiles, malgré les rendements modestes actuels de conversion de l'énergie solaire en électricité ou des combustibles solaires. Pour généraliser l'adoption de l'énergie solaire, il est essentiel de développer des processus efficaces. Le projet ARTIPHYCTION (Fully artificial photo-electrochemical device for low temperature hydrogen production) s'est inspiré du processus naturel de photosynthèse des plantes pour transformer l'énergie solaire en hydrogène. Dans la photosynthèse, l'enzyme photosystème II (PSII) permet aux feuilles des plantes et algues de séparer l'eau en électrons, oxygène et ions d'hydrogène à température ambiante. Ces derniers peuvent ensuite être combinés pour produire des quantités non négligeables d'hydrogène, grâce à une enzyme spécifique appelée hydrogénase. Exploiter la lumière du Soleil de cette façon est l'un des processus les plus prometteurs pour convertir directement son énergie en H2. Les partenaires du projet ARTIPHYCTION se sont appuyés sur les travaux innovants effectués dans le cadre d'un précédent projet financé par l'UE, SOLHYDROMICS, au cours duquel un dispositif avait été mis au point pour convertir l'énergie solaire en hydrogène avec un rendement global de 1 %. Les partenaires du projet ont surmonté les limites de l'appareil SOLHYDROMICS et obtenu un rendement de plus de 10 % lors de la production d'hydrogène solaire avec un nouveau dispositif à photosynthèse artificielle. Celui-ci est doté de catalyseurs personnalisés sur le plan électrochimique au niveau de l'anode de séparation de l'eau. Les électrons produits sont transportés à travers une couche de verre poreuse conductrice d'électrons jusqu'à une connexion filaire externe, et l'oxygène est retiré via les pores hydrophobes des couches de l'anode. Les ondes générées par les variations de pression appliquées sur un film d'eau séparant les deux électrodes facilitent l'élimination de l'oxygène. L'eau prise en sandwich entre les électrodes sert aussi de voie pour les protons qui sont transférés à la cathode avec une résistance minimale. Un catalyseur synthétique à hydrogénases situé sur la cathode poreuse assure la réduction finale des protons. Le dispositif ARTIPHYCTION repose sur des électrocatalyseurs efficaces et stables, plutôt que sur l'hydrogénase enzymatique naturelle. Pour améliorer la séparation photo-électrochimique de l'eau, un système double de photosensibilisants assurant la capture de certaines longueurs d'onde de lumière a été fixé aux deux électrodes. En combinant la rigueur scientifique des universités et centres de recherche à la connaissance du marché des PME et grandes entreprises, ARTIPHYCTION a réussi à résoudre plusieurs problèmes techniques. Le nouveau dispositif à photosynthèse synthétique devrait être commercialisé au cours des dix prochaines années.
Mots‑clés
Photosynthèse, combustibles solaires, énergie solaire, hydrogène, ARTIPHYCTION, électrocatalyseurs
