Photosynthèse artificielle

Définition

Une photosynthèse artificielle est un procédé chimique qui reproduit et imite le processus naturel de photosynthèse, cette photosynthèse naturelle étant un procédé de biosynthèse qui permet de convertir la lumière du soleil, de l'eau et du dioxyde de carbone dans les hydrates de carbone et de l'oxygène.

Système industriel simplifié de photosynthèse artificielle :

Le terme de photosynthèse artificielle est couramment utilisé pour désigner tout système de capture et de stockage de l'énergie des rayons du soleil dans les liaisons chimiques d'un combustible, un combustible solaire.

Explications

La décomposition photocatalytique de l'eau transforme l'eau en protons, éventuellement en hydrogène, et en oxygène, et est un domaine de recherche dans la photosynthèse artificielle. La réduction du dioxyde de carbone est un autre processus étudié, reproduisant la fixation naturelle du carbone.

La recherche développée dans ce domaine englobe la conception et l'assemblage des appareils (et leurs composants) pour la production directe de combustibles solaires en photoélectrochimie et son application dans les piles à combustible et de l'ingénierie des enzymes; aussi de micro-organismes photoautotrophes pour du biocarburant microbien et la production de biohydrogène des rayons du soleil. Beaucoup, sinon la plupart des approches artificielles en sont bio-inspirées, c'est-à-dire qu'elles s'appuient sur la biomimétique.

La réaction photosynthétique peut être divisée en deux demi-réactions, oxydation et réduction, qui sont toutes deux essentielles à la production de carburant. Dans la photosynthèse des plantes, les molécules d'eau sont photo-oxydées pour libérer de l'oxygène et des protons. La deuxième étape de la photosynthèse des plantes, également connue sous le cycle de Calvin-Benson, est une réaction indépendante de la lumière qui convertit le dioxyde de carbone en glucose. Les chercheurs de la photosynthèse artificielle développent des photocatalyseurs pour effectuer ces deux réactions séparément. En outre, les protons résultant du fractionnement de l'eau peuvent être utilisés pour la production d'hydrogène. Ces catalyseurs doivent être capables de réagir rapidement et pouvoir absorber une grande partie de l'énergie solaire via les photons.

Alors que le photovoltaïque peut fournir un courant électrique direct des rayons du soleil, l'inefficacité de la production de carburant à partir de l'électricité photovoltaïque (procédé indirect) et le fait que le soleil n'est pas constant tout au long du temps, amène une limite à son utilisation. Une façon d'utiliser la photosynthèse naturelle est via la production de biocarburants à travers la biomasse, également par un processus indirect qui souffre de la faible efficacité de conversion d'énergie en raison de propre faible efficacité de la photosynthèse pour convertir la lumière du soleil à la biomasse, et des affrontements avec la nécessité croissante de la masse terrestre destinée à la production alimentaire humaine.

La photosynthèse artificielle vise donc à produire un carburant à partir de la lumière du soleil qui peut être stockée et utilisée lorsque le soleil n'est pas disponible, en utilisant des procédés directs, c'est de produire un combustible solaire. Avec le développement de catalyseurs capables de reproduire les principales étapes de la photosynthèse, l'eau et la lumière du soleil semblent, en fin de compte, être les seules sources nécessaires à la production d'énergie propre. Le seul sous-produit pourrait être de l'oxygène, et la production d'un combustible solaire a le potentiel d'être moins cher que l'essence.

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