Des chercheurs australiens de l’université de Monash, à Melbourne, ont battu le record d’efficacité de la production d’hydrogène à partir d’eau grâce à la lumière du soleil. Leur feuille artificielle réalise une véritable photosynthèse qui permet, à l’aide de l’énergie solaire, de séparer les atomes composant la molécule d’eau pour générer de l’hydrogène. L’amélioration progressive de cette technologie annonce des progrès dans la production d’un gaz hydrogène abordable, qui pourrait à l’avenir servir de carburant et même de moyen de stockage de l’électricité.
Produire de l’hydrogène en s’inspirant des feuilles des arbres
Le principe de la feuille artificielle a été découvert par des chercheurs du MIT, menés par Daniel Nocera. Il s’agit d’un exemple de biomimétisme, c’est-à-dire le fait que les scientifiques puisent leur inspiration dans la nature pour imaginer de nouvelles techniques et de nouveaux dispositifs. En effet, les chercheurs du MIT ont tenté, avec leur invention, d’imiter la photosynthèse des plantes, et plus spécifiquement le craquage de l’eau et du gaz carbonique qu’elles opèrent grâce à l’énergie du soleil. En séparant les atomes des les molécules CO2 et H2O, les feuilles des arbres fabriquent du glucose, qui permet de nourrir la plante, tout en rejetant de l’oxygène.
La feuille artificielle réalise également un craquage de l’eau, mais son but est quand à elle de produire de l’hydrogène. Elle est reliée à des panneaux solaires qui fournissent l’énergie nécessaire à la réaction. Cette avancée scientifique a permis d’envisager la production d’hydrogène à partir de l’eau, une technique qui était connue depuis longtemps, mais mobilisait beaucoup d’énergie. Les feuilles du professeur Nocera utilisent les rayons du soleil, et suppriment donc les coûts en énergie qui étaient jusqu’à présent un frein économique.
L’hydrogène est potentiellement la ressource énergétique principale du futur. Très abondant dans l’univers, il n’émet pas de gaz à effet de serre lorsqu’il est utilisé comme source d’énergie. Il peut-être exploité en tant que carburant et des projets de développement des voitures à hydrogène ont été lancés par de nombreux constructeurs automobiles. Il est également un moyen de stocker l’énergie électrique. En effet, il est possible de convertir de l’énergie électrique en hydrogène, et inversement. Ce moyen de stockage pourrait résoudre le problème de l’intermittence des énergies renouvelables, qui produisent de l’électricité selon les conditions climatiques, et non en fonction de la demande.
Les feuilles artificielles sont également envisagées comme une façon de rendre les ménages indépendants du réseau de transport d’électricité. Elles leur permettraient de produire leur propre énergie chimique, à convertir selon les besoins en énergie électrique, de manière individuelle. Les panneaux solaires du dispositif pourraient être installés sur le toit des maisons.
Un nouveau record d’efficacité : vers une généralisation de la technique ?
Le principal problème lié à l’exploitation de ces cellules est leur taux d’efficacité qui demeure encore trop faible pour être utilisées à grande échelle. Les panneaux solaires, d’une part, ont encore un taux d’efficacité trop faible pour générer une énergie suffisante, et le dispositif lui-même doit être amélioré. Le principal enjeu est donc l’augmentation de l’efficacité, un défi auquel se sont appliqués les chercheurs de l’université Monash.
Pour faire passer le taux d’efficacité de 18% à 22%, les chercheurs australiens ont d’une part utilisé des cellules photovoltaïques multi-jonctions, de première qualité commerciale, de manière à capter le plus de lumière possible et générer plus d’énergie pour les feuilles artificielles. D’autre part, ils ont amélioré le matériel de la machine en lui-même, en utilisant des électrodes en mousse expansive de nickel, qui permettent d’augmenter la surface disponible pour la réaction. Cette combinaison des meilleurs panneaux solaires possibles et d’électrodes très performantes expliquent ce nouveau record.
Mais les chercheurs voient encore plus loin, et estiment que ces améliorations se multiplieront dans les années à venir, permettant de donner plus de crédibilité à une généralisation du dispositif. « Les 22% seront bientôt surpassés », a déclaré Doug MacFarlane, leader du programme énergie du ARC Centre of Excellence for Electromaterials Science de l’université Monash, à Mashable Australia. « Les fondamentaux que nous avons découverts nous permettrons de progresser, pas seulement nous-mêmes mais aussi d’autres chercheurs… D’ici la fin de l’année, je pense que 30% est un taux envisageable. » Nous ne verrons pas dans l’immédiat ces feuilles synthétiques exploiter la lumière sur les toits de nos maisons. Des progrès dans la technique des panneaux photovoltaïques sont nécessaires, et le dispositif doit encore prouver sa capacité à générer abondamment de l’hydrogène tout en maintenant un coût raisonnable.
Photo : Monash University
Rédigé par : La Rédaction
COMMENTAIRES
Le biomimétisme est très intéressant ! D’après plusieurs articles que j’ai pu lire il est de plus en plus utilisé notamment pour les énergies renouvelables. Espérons que les recherches puissent permettre de faire évoluer le rendement de ces appareils.