Des chercheurs en chimie modifient la technologie solaire pour produire un gaz à effet de serre moins nocif
Potentiel de carburants respectueux de l'environnement
Des chercheurs du département de chimie de l'UNC-Chapel Hill utilisent des semi-conducteurs pour récolter et convertir l'énergie solaire en composés à haute énergie susceptibles de produire des carburants respectueux de l'environnement.
Dans l'article intitulé "Methyl Termination of p-Type Silicon Enables Selective Photoelectrochemical CO2 Reduction by a Molecular Ruthenium Catalyst", publié dans ACS Energy Letters, les chercheurs expliquent comment ils utilisent un processus appelé terminaison méthylique qui fait appel à un simple composé organique composé d'un atome de carbone lié à trois atomes d'hydrogène pour modifier la surface du silicium, un composant essentiel des cellules solaires, afin d'améliorer ses performances en matière de conversion du dioxyde de carbone en monoxyde de carbone à l'aide de la lumière du soleil.
La recherche a été soutenue par le Center for Hybrid Approaches in Solar Energy to Liquid Fuels (CHASE), un pôle d'innovation énergétique financé par l'Office of Science du ministère de l'énergie, et s'appuie sur un processus appelé photosynthèse artificielle, qui imite la façon dont les plantes utilisent la lumière du soleil pour convertir le dioxyde de carbone en molécules riches en énergie. Le dioxyde de carbone est un gaz à effet de serre majeur qui contribue au changement climatique. En le convertissant en monoxyde de carbone, qui est un gaz à effet de serre moins nocif et un élément constitutif de carburants plus complexes, les chercheurs ont déclaré qu'ils pouvaient potentiellement atténuer l'impact des émissions de dioxyde de carbone sur l'environnement.
"L'un des problèmes de l'énergie solaire est qu'elle n'est pas toujours disponible au moment où nous en avons le plus besoin", explique Gabriella Bein, premier auteur de l'article et doctorante en chimie. "Un autre défi est que l'électricité renouvelable, comme celle produite par les panneaux solaires, ne fournit pas directement les matières premières nécessaires à la fabrication de produits chimiques. Notre objectif est de stocker l'énergie solaire sous la forme de combustibles liquides qui pourront être utilisés ultérieurement".
Les chercheurs ont utilisé un catalyseur moléculaire au ruthénium avec un morceau de silicium chimiquement modifié, appelé photoélectrode, qui facilite la conversion du dioxyde de carbone en monoxyde de carbone en utilisant l'énergie lumineuse sans produire de sous-produits indésirables, tels que l'hydrogène, ce qui rend le processus plus efficace pour convertir le dioxyde de carbone en d'autres substances.
Jillian Dempsey, coauteur de l'article et titulaire de la chaire Bowman and Gordon Gray Distinguished Term, a déclaré que lorsqu'ils ont réalisé des expériences dans une solution remplie de dioxyde de carbone, ils ont constaté qu'ils pouvaient produire du monoxyde de carbone avec une efficacité de 87 %, ce qui signifie que le système utilisant les photoélectrodes de silicium modifiées est comparable ou meilleur que les systèmes utilisant des électrodes métalliques traditionnelles, telles que l'or ou le platine.
En outre, la photoélectrode en silicium a utilisé 460 millivolts d'énergie électrique de moins pour produire une réaction que si l'on utilisait uniquement de l'électricité. M. Dempsey a qualifié ce résultat d'important, car le processus utilise la récolte directe de la lumière pour compléter ou compenser l'énergie nécessaire à la réaction chimique qui convertit le dioxyde de carbone en monoxyde de carbone.
"Ce qui est intéressant, c'est que les surfaces en silicium produisent normalement de l'hydrogène au lieu du monoxyde de carbone, ce qui rend plus difficile la production d'hydrogène à partir du dioxyde de carbone", a déclaré M. Dempsey, qui est également directeur adjoint de CHASE. "En utilisant cette surface spéciale de silicium à terminaison méthyle, nous avons pu éviter ce problème. La modification de la surface du silicium rend le processus de conversion du CO2 en monoxyde de carbone plus efficace et plus sélectif, ce qui pourrait s'avérer très utile pour fabriquer des carburants liquides à partir de la lumière du soleil à l'avenir".
Bein et Dempsey ont collaboré à cette recherche avec le professeur Alexander Miller, Eric Assaf, un ancien étudiant diplômé du département, Renato Sampaio, chercheur principal, Madison Stewart, étudiant en chimie, et Stephen Tereniak, chercheur principal.
CHASE est composé de sept institutions différentes, dont le siège se trouve à UNC-Chapel Hill, et a reçu un financement de 40 millions de dollars du ministère de l'énergie en 2020 pour accélérer la recherche fondamentale sur les moyens de produire des carburants à partir de la lumière du soleil.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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