Percée énergétique : les feuilles artificielles flottantes produisent du carburant à partir de la lumière du soleil et de l’eau | Sciences | Nouvelles

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S’inspirant des feuilles photosynthétiques naturelles, les dispositifs ultra-minces et flexibles sont une idée originale du chimiste Dr Virgil Andrei et de ses collègues. Les chercheurs ont testé leurs prototypes sur la rivière Cam, à proximité de lieux emblématiques de Cambridge tels que le pont des soupirs, la bibliothèque Wren et la chapelle du King’s College. Ils ont démontré que les appareils peuvent convertir la lumière du soleil en carburant aussi efficacement que les feuilles des plantes dans la nature.

C’est, selon l’équipe, la première fois que du carburant propre est généré sur l’eau.

Ils envisagent des appareils autonomes à bas coût opérant en masse en mer, dans les ports, voire sur des cours d’eau pollués.

De cette façon, les feuilles artificielles pourraient produire une alternative durable à l’essence sans prendre de place sur terre.

Les appareils pourraient même contribuer à réduire la dépendance de l’industrie mondiale du transport maritime aux combustibles fossiles.

À l’heure actuelle, environ 80% du commerce mondial est transporté dans des cargos propulsés par des combustibles fossiles – mais le secteur a peu attiré l’attention dans les discussions sur la crise climatique.

Une partie du problème est que le développement de technologies d’énergie renouvelable telles que l’énergie éolienne et solaire ne convient pas aux industries telles que le transport maritime, pour lesquelles la décarbonisation est plus difficile.

Depuis plusieurs années, le groupe de recherche basé à Cambridge tentait de s’attaquer à ce problème en développant des carburants durables produits à l’aide de méthodes basées sur les principes de la photosynthèse.

En 2019, l’équipe a réussi à développer une feuille artificielle capable de fabriquer ce que l’on appelle du gaz de synthèse – un intermédiaire clé dans la production de nombreux produits chimiques et pharmaceutiques différents – en utilisant uniquement du dioxyde de carbone, de la lumière du soleil et de l’eau comme ingrédients.

Ce premier concept a généré du carburant en combinant deux absorbeurs de lumière avec des catalyseurs – mais a été abandonné par ses substrats de verre épais et ses revêtements de protection contre l’humidité, le laissant plutôt volumineux.

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Pour le nouveau design léger et flottant, l’équipe s’est inspirée des techniques de miniaturisation utilisées par l’industrie électronique pour produire des technologies aussi fines que les smartphones et les écrans flexibles.

Pour déposer des absorbeurs de lumière sur des substrats légers, l’équipe a utilisé des oxydes métalliques en couches minces et des matériaux appelés pérovskites qui peuvent être enduits sur des feuilles de plastique et de métal flexibles.

Ils ont ensuite protégé les feuilles contre les infiltrations d’eau en les recouvrant de couches micrométriques de carbone.

Le Dr Andrei a déclaré : « 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.

“Ces feuilles combinent les avantages de la plupart des technologies de carburant solaire, car elles permettent d’atteindre le faible poids des suspensions de poudre et les hautes performances des systèmes câblés.”

Selon les chercheurs, des améliorations seront nécessaires avant que leurs feuilles artificielles puissent être produites pour des applications commerciales – mais le dernier prototype ouvre déjà de nouvelles voies dans leur travail.

Le Dr Andrei a déclaré : « Les fermes solaires sont devenues populaires pour la production d’électricité ; nous envisageons des fermes similaires pour la synthèse de carburant.

“Ceux-ci pourraient approvisionner les colonies côtières, les îles éloignées, couvrir les étangs industriels ou éviter l’évaporation de l’eau des canaux d’irrigation.”

Le professeur Reisner a conclu : « 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.

“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.”

Les résultats complets de l’étude ont été publiés dans la revue La nature.



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