Percer les secrets de la photosynthèse artificielle
Le jeune groupe de recherche dirigé par le Dr Jacob Schneidewind lance un nouveau projet sur la production d'hydrogène
"Notre objectif commun est de développer des chloroplastes artificiels et de les utiliser pour réaliser la photosynthèse afin de produire de l'hydrogène", explique le Dr Jacob Schneidewind de l'université Friedrich Schiller d'Iéna. L'idée est d'utiliser un spectre lumineux aussi large que possible et des matériaux de départ peu coûteux. Le chimiste mène des recherches au Centre pour l'énergie et la chimie environnementale d'Iéna (CEEC Iéna) de l'université Friedrich Schiller. Son nouveau projet de recherche "Two-photon water splitting for the realization of coupled photocatalysis" est financé par la Fondation allemande de la recherche à hauteur de 325 000 euros. Le projet fait partie du centre de recherche collaboratif et du réseau de recherche "CataLight", qui est coordonné par les universités d'Iéna et d'Ulm. Le projet débutera en juillet 2024.
Produire de l'hydrogène grâce à la lumière du soleil
"Dans lesfeuilles des plantes vertes, plusieurs molécules interagissent toujours entre elles dans le processus de photosynthèse", explique Jacob Schneidewind. Toutefois, ces molécules doivent d'abord se trouver les unes les autres. Dans les "feuilles" construites, les molécules doivent donc être disposées de manière à ce que la recherche d'un partenaire de réaction ne soit plus nécessaire. Jacob Schneidewind appelle cela la pré-organisation des molécules dans le réacteur. L'objectif est d'utiliser des polymères personnalisés pour la réaction qui génèrent cette pré-organisation. Son groupe de recherche bénéficie des collaborations au sein du réseau de recherche "CataLight".
Les plantes produisent des composés sucrés à haute énergie à l'aide de la lumière du soleil. Dans leurs feuilles, les éléments manganèse, calcium et magnésium sont impliqués dans ce processus. La photosynthèse artificielle, quant à elle, consiste à diviser l'eau en hydrogène et en oxygène. Jusqu'à présent, le métal précieux ruthénium a été utilisé comme catalyseur dans les réacteurs. Toutefois, le ruthénium étant rare et cher, Jacob Schneidewind et son équipe de sept scientifiques souhaitent le remplacer par des matériaux alternatifs tels que le fer. Le fer serait bon marché et facilement disponible.
Parallèlement, l'objectif est d'élargir le spectre de la lumière qui sert de source d'énergie lors de la réaction. Souvent, seule la lumière UV est utilisée, alors qu'elle ne représente qu'une petite partie du spectre solaire. "L'idée est d'utiliser simultanément les différentes gammes de lumière", explique M. Schneidewind. Il serait alors possible d'utiliser des systèmes dans lesquels l'eau s'écoule à travers des films polymères situés derrière le verre et exposés à la lumière du soleil. Il suffirait alors de collecter l'hydrogène qui s'élève.
Bien que cela paraisse simple, la réalisation est compliquée. En d'autres termes : "En matière dephotosynthèse, les plantes ont une longueur d'avance d'environ trois milliards d'années", explique Jacob Schneidewind. C'est dire à quel point il y a longtemps que des organismes unicellulaires simples ont commencé à résoudre leurs problèmes d'énergie de cette manière élégante. Les subtilités de ce processus doivent maintenant être décryptées davantage afin de créer une source d'énergie efficace.
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