Des chercheurs de l’université du Michigan viennent de révéler un catalyseur solaire servant à produire de l’hydrogène vert.
Le dispositif est minuscule, mais il est pourtant dix fois plus efficace que les appareils de son genre.
Une « percée majeure », voici comment les scientifiques de l’université du Michigan qualifient leur invention. Il s’agit d’un petit dispositif, un catalyseur semi-conducteur fonctionnant sous la lumière du soleil. L’appareil veut reproduire le principe de la photosynthèse dans le but de fournir de l’hydrogène à partir de l’eau. À l’issue de cette invention, les chercheurs s’attendent à pouvoir aligner le prix de l’hydrogène bas-carbone à celui de l’hydrogène issu des ressources fossiles. Pouvant stocker de l’énergie ou servir de carburant, ce gaz propre accompagnerait potentiellement nos démarches de transition énergétique.
Une photosynthèse artificielle
Composé de silicium ainsi que de nitrures d’indium et de gallium, ce photocatalyseur fonctionne grâce à l’énergie du soleil. Il reproduit le phénomène de la photosynthèse de manière artificielle. Autrement dit, il déclenche la décomposition des molécules d’eau sous l’effet de la lumière solaire. Dans le processus naturel, l’oxygène est rejeté tandis que l’hydrogène forme du sucre, un élément essentiel au développement de la plante. Dans le cas du photocatalyseur, l’hydrogène est recueilli à d’autres fins : stockage énergétique, carburant vert, composition de l’ammoniac, etc. Alors qu’il est cent fois plus petit que les semi-conducteurs photocatalytiques habituels, le dispositif se démarque par sa performance. D’après l’explication des chercheurs publiée sur le site Nature, leur système présenterait une efficacité dix fois supérieure à celle des appareils de ce type. De plus, il s’améliorait au fil des utilisations au lieu de se dégrader. Ce potentiel particulier promet ainsi d’augmenter la quantité de production d’hydrogène au fil du temps.
Peng Zhou utilise une grande lentille pour concentrer la lumière du soleil sur le catalyseur. Crédit photo : Michigan Engineering
Comment fonctionne concrètement le dispositif ?
Le semi-conducteur exploite un large spectre solaire afin de décomposer l’eau. La décomposition est activée par les rayons à haute fréquence. Il faut savoir que l’appareil a l’avantage de concentrer une quantité très importante de lumière. C’est une de ses particularités, car on retrouve rarement cette faculté chez les autres appareils de ce type. La lumière vive conditionne, en effet, la dégradation des photocatalyseurs courants.
Pour sa part, le semi-conducteur catalytique ci-présent supporte une intensité lumineuse équivalente à celle émise par 160 soleils. Pour fonctionner, le dispositif est placé dans une petite enceinte remplie d’eau. L’espace clos est porté à une température de 70 °C grâce à la lumière à basse fréquence du soleil. Cela accélère la réaction de décomposition déclenchée par les rayons à haute fréquence de la lumière. La condition thermique de l’enceinte empêche les atomes d’hydrogène et d’oxygène de se recombiner.
De l’hydrogène vert plus abordable
Les scientifiques sont très optimistes quant au prix de l’hydrogène vert issu de leur solution. Lorsqu’ils auront perfectionné le rendement de l’appareil, ils pensent pouvoir proposer un gaz vert à prix abordable. « L’hydrogène produit par notre technologie pourrait être très bon marché » affirme l’un des membres de l’équipe. Le coût réduit résulte de l’abondance des matériaux du semi-conducteur photocatalytique. Selon les chercheurs, le nitrure de gallium et le silicium peuvent être produits à grande échelle. À cela s’ajoute l’indépendance du système de toute forme d’électricité. Il a seulement besoin de la lumière solaire pour fonctionner et ne requiert aucun apport d’énergie supplémentaire.
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