Au cours des dernières années, de grands progrès ont été réalisés en termes de création de feuilles artificielles qui imitent la capacité de leurs homologues naturels pour produire de l’énergie à partir de l’eau et de la lumière du soleil. En 2011, les premières feuilles artificielles stables et rentables ont été créées, et en 2013, les dispositifs ont été améliorés pour s’auto-réparer et fonctionner avec de l’eau impure. Aujourd’hui, les scientifiques de Harvard ont mis au point la « feuille bionique 2.0», qui augmente l’efficacité du système bien au-delà des capacités propres de la nature, et qui a été utilisée pour produire des carburants liquides pour la première fois.
Le projet est le travail de Daniel Nocera de l’Université de Harvard, qui a dirigé les équipes de recherche sur les versions précédentes de la feuille artificielle, et de Pamela Silver, professeure de biochimie et de biologie des systèmes à la Harvard Medical School.
Comme les versions précédentes, la feuille bionique 2.0 est placée dans l’eau et, à mesure qu’elle absorbe l’énergie solaire, elle est capable de séparer les molécules d’eau en leurs composants gazeux, l’hydrogène et l’oxygène. Ceux-ci peuvent être récupérés et utilisés dans les piles à combustible pour produire de l’électricité, mais maintenant, à l’aide d’une bactérie génétiquement modifiée, l’hydrogène peut être utilisé pour produire des carburants liquides.
Là où ce dernier appareil bat l’efficacité des tests précédents – et la nature elle-même – se trouve au niveau du catalyseur qui produit de l’hydrogène. Dans les versions précédentes, le catalyseur en alliage nickel-molybdène-zinc utilisé pour produire de l’hydrogène a également créé des espèces réactives d’oxygène, ce qui aurait attaqué et détruit l’ADN de la bactérie. Par conséquent, les chercheurs ont été contraints de faire fonctionner le système avec une tension plus élevée pour surmonter le problème, ce qui a conduit à une réduction de l’efficacité globale.
« Pour cet article, nous avons conçu un nouveau catalyseur en alliage cobalt-phosphore, qui, nous l’avons montré, ne fait pas d’espèces réactives d’oxygène», assure Daniel Nocera. « Cela nous a permis d’abaisser la tension, et conduit à une augmentation spectaculaire de l’efficacité. »
Avec ce nouveau catalyseur, le système est capable de convertir la lumière solaire en biomasse avec 10 % d’efficacité, ce qui est 10 fois celle même des plantes les plus efficaces. Mais ce n’est pas la seule application possible de la technologie.
«La beauté de la biologie est que c’est le plus grand chimiste du monde – la biologie peut faire de la chimie, nous ne pouvons pas la faire facilement», précise Pamela Silver. « En principe, nous avons une plate-forme qui peut fabriquer toute molécule à base de carbone en aval. Donc, ceci a le potentiel d’être incroyablement polyvalent. »
Déjà, les chercheurs ont démontré comment le système peut être utilisé pour créer des composés tels que l’iso butanol, l’iso pentanol et le PHB, un précurseur du bioplastique. En outre, les catalyseurs sont biologiquement compatibles car ils s’auto-réparent, de sorte qu’ils ne sucent pas de matériau dans une solution.
Bien qu’il y ait probablement plus de place pour de nouvelles augmentations d’efficacité, l’équipe indique qu’elle travaille actuellement assez bien pour envisager des applications commerciales. Les plans de Daniel Nocera pour la technologie comprennent l’utilisation dans les pays en développement comme une source peu coûteuse d’énergie renouvelable, ce qui pourrait alimenter les maisons individuelles.
http://news.harvard.edu/gazette/story/2016/06/bionic-leaf-turns-sunlight-into-liquid-fuel/
http://science.sciencemag.org/content/352/6290/1210
