Des scientifiques développent un dispositif de photosynthèse artificielle pour une production d’éthylène plus écologique

Une équipe de scientifiques de la National University of Singapore (NUS) a mis au point un prototype qui imite la photosynthèse naturelle pour produire de l’éthylène gazeux en utilisant uniquement la lumière du soleil, l’eau et le dioxyde de carbone. La nouvelle méthode, qui produit de l’éthylène à température et à pression ambiantes en utilisant des produits chimiques bénins, pourrait être mise à l’échelle pour offrir une alternative plus écologique et durable à la méthode actuelle de production d’éthylène. Ce développement dirigé par la NUS et le Solar Energy Research Institute of Singapore (SERIS) a été publié pour la première fois dans la prestigieuse revue scientifique ACS Sustainable Chemistry & Engineering.

Défis de la production actuelle d’éthylène

L’éthylène, qui est la pierre angulaire du polyéthylène, est une matière première chimique importante produite en grandes quantités pour la fabrication de matières plastiques, de caoutchouc et de fibres. Rien qu’en 2015, plus de 170 millions tonnes d’éthylène ont été produites dans le monde et la demande mondiale devrait dépasser les 220 millions tonnes d’ici 2020. La production industrielle actuelle de l’éthylène utilise le vapocraquage des combustibles fossiles à une température comprise entre 750°C et 950°C, ce qui consomme une grande quantité d’énergie et exerce une pression sur les ressources naturelles. La méthode actuelle laisse également une empreinte carbone importante, émettant environ deux tonnes de dioxyde de carbone pour chaque tonne d’éthylène produite. Il existe donc une demande croissante pour un mode de production plus propre et plus durable.

L’adoption de la photosynthèse artificielle

Conscients de la nécessité d’une méthode plus écologique, l’équipe de recherche a puisé dans les énergies renouvelables pour produire de l’éthylène. On a d’abord conçu un catalyseur en cuivre en 2015 qui pourrait produire de l’éthylène à partir de l’eau et du dioxyde de carbone lorsqu’il serait alimenté à l’électricité. Ce catalyseur en cuivre a ensuite été introduit dans un système de photosynthèse artificielle pour convertir le dioxyde de carbone et l’eau en éthylène en utilisant uniquement l’énergie solaire. Le prototype d’appareil conçu pour effectuer la réaction a atteint un rendement faradique de l’éthylène de 30%, en fonction de la quantité d’électrons générés par l’énergie solaire. L’efficacité énergétique globale du solaire-éthylène est également comparable au niveau d’efficacité énergétique de la photosynthèse naturelle des plantes.

Clore le cycle du carbone

Le captage du carbone est une étape clé dans la lutte contre les changements climatiques d’origine humaine. Il y a eu une augmentation constante de la concentration atmosphérique de dioxyde de carbone car le taux des émissions est supérieur à celui du piégeage du carbone. C’est l’une des causes majeures du réchauffement climatique qui entraîne des changements environnementaux fâcheux. L’appareil utilise non seulement une source d’énergie entièrement renouvelable, mais il transforme aussi le dioxyde de carbone, un gaz à effet de serre, en quelque chose d’utile. Cela pourrait potentiellement clore le cycle du carbone.

L’équipe a également incorporé une batterie dans le prototype afin d’obtenir une production stable et continue d’éthylène, un défi clé dans les systèmes de photosynthèse artificielle. La batterie stocke l’énergie solaire excédentaire recueillie le jour pour alimenter l’appareil la nuit ou sous faible luminosité, en veillant à ce que le fonctionnement ne soit pas interrompu par la lumière du soleil tout au long de la journée. Cette invention marque une étape importante dans la réalisation d’un système de photosynthèse artificielle évolutif pour une production propre et durable de molécules organiques importantes comme l’éthylène. À l’avenir, l’équipe continuera à travailler sur son appareil pour accroître la production d’éthylène et à utiliser des systèmes semblables pour produire des carburants liquides comme l’éthanol et le propanol.

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