Des scientifiques japonais ont démontré un nouveau réacteur de validation de principe capable de récolter de l’hydrogène renouvelable à partir de la lumière du soleil et de l’eau.
Le nouveau réacteur de 1 076 pieds carrés (100 mètres carrés) utilise des feuilles photocatalytiques pour séparer les atomes d’oxygène et d’hydrogène présents dans les molécules d’eau, siphonnant ainsi l’hydrogène pour l’utiliser comme combustible.
Bien que la technologie en soit encore à ses balbutiements, les scientifiques à l’origine de la recherche affirment que, si des photocatalyseurs plus efficaces pouvaient être développés, leur percée pourrait permettre la production d’hydrogène durable et bon marché pour répondre à divers besoins énergétiques. Ils ont publié leurs résultats le 2 décembre dans la revue Frontières de la science.
« La division de l’eau provoquée par la lumière du soleil à l’aide de photocatalyseurs est une technologie idéale pour la conversion et le stockage de l’énergie solaire en énergie chimique, et les développements récents dans les matériaux et systèmes photocatalytiques suscitent l’espoir de sa réalisation », a déclaré l’auteur principal. Kazunari Domenprofesseur de chimie à l’Université Shinshu au Japon, a déclaré dans un communiqué. « Il reste toutefois de nombreux défis à relever. »
Lorsqu’ils sont exposés à la lumière, les photocatalyseurs stimulent les réactions chimiques qui décomposent les molécules d’eau en leurs éléments constitutifs. Cependant, la plupart des catalyseurs « en une seule étape » existants – qui décomposent l’eau en hydrogène et en oxygène en une seule fois – sont extrêmement inefficaces, laissant la majeure partie de l’hydrogène être raffinée à l’aide de gaz naturel, un combustible fossile.
Pour trouver une solution à cette impasse, les chercheurs à l’origine de la nouvelle étude ont étudié un photocatalyseur qui utilise un processus plus sophistiqué en deux étapes, une étape séparant l’oxygène et l’étape suivante éliminant l’hydrogène.
La création d’un photocatalyseur pour ce processus a permis aux scientifiques de construire leur prototype de réacteur, qui a fonctionné pendant trois ans et a fonctionné encore mieux en utilisant la lumière du soleil réelle que la lumière ultraviolette utilisée en laboratoire.
« Dans notre système, utilisant un photocatalyseur sensible aux ultraviolets, l’efficacité de conversion de l’énergie solaire était environ une fois et demie supérieure sous la lumière naturelle du soleil », premier auteur Takashi Hisatomiun chercheur de l’Université de Shinshu, a déclaré dans le communiqué. « La lumière solaire standard simulée utilise un spectre provenant d’une région de latitude légèrement élevée. Dans une zone où la lumière naturelle du soleil a plus de composantes de longueur d’onde courte que la lumière solaire de référence simulée, l’efficacité de conversion de l’énergie solaire pourrait être plus élevée. »
Malgré ces gains prometteurs, l’efficacité de la réaction est encore trop faible pour une utilisation commerciale.
« Actuellement, l’efficacité sous la lumière solaire standard simulée est au mieux de 1%, et elle n’atteindra pas 5% d’efficacité sous la lumière naturelle du soleil », a déclaré Hisatomi.
Pour réaliser des progrès importants en vue d’augmenter l’efficacité, les scientifiques ont fait appel à d’autres pour créer de meilleurs photocatalyseurs et des réacteurs plus grands. Les travaux sur la sécurité seront également essentiels : le raffinage de l’hydrogène produit également un sous-produit explosif, l’oxyhydrogène, qui peut être éliminé en toute sécurité au cours du processus en deux étapes.
