Un échantillon de feuille artificielle flottant sur la rivière Cam, près de l’université de Cambridge.
La feuille est l’une des petites machines les plus impressionnantes de la nature, capable de convertir la lumière du soleil, le dioxyde de carbone et l’eau en énergie. Des scientifiques de Cambridge ont créé un type de feuille artificielle qui peut flotter sur l’eau, capter la lumière du soleil au-dessus d’elle et l’eau en dessous pour produire des carburants aussi efficacement que la vraie feuille.
La nouvelle étude s’appuie sur la conception précédente de l’équipe d’une feuille artificielle qui utilise deux absorbeurs de lumière en pérovskite associés à un catalyseur au cobalt, et qui absorbe l’eau et le dioxyde de carbone pour produire de l’oxygène, de l’hydrogène et du monoxyde de carbone. Ces deux derniers produits pourraient ensuite être capturés et utilisés pour fabriquer du gaz synthétique (syngas), un ingrédient clé des plastiques, des engrais et des carburants comme le diesel, ce qui contribuerait essentiellement à réduire l’empreinte CO2 de ces produits.
Mais la conception précédente était plutôt encombrante, avec du verre épais et d’autres matériaux qui en faisaient un dispositif autoportant. Pour la nouvelle étude, les chercheurs ont voulu l’affiner, jusqu’à ce qu’il soit suffisamment léger pour flotter sur l’eau, sans perdre son efficacité.
Pour ce faire, l’équipe a déposé des couches de pérovskite absorbant la lumière sur de fines couches flexibles de polyester recouvertes d’oxyde d’indium et d’étain, et a utilisé un catalyseur en platine. Ces couches ont ensuite été recouvertes de matériaux ultrafins à base de carbone qui repoussent l’eau, afin de protéger les dispositifs contre les dommages causés par l’humidité.
La feuille artificielle flottante peut convertir la lumière du soleil, l’eau et le CO2 en carburants aussi efficacement que les feuilles naturelles.
Le résultat final est une feuille artificielle qui peut flotter à la surface de l’eau, soit pour séparer l’eau en hydrogène et en oxygène, soit pour produire les ingrédients du gaz de synthèse. En testant les dispositifs sur des cours d’eau voisins, l’équipe a montré que le rendement par gramme était comparable à celui des feuilles naturelles – 0,58 % pour l’hydrogène et 0,053 % pour le monoxyde de carbone. Ces chiffres peuvent sembler insignifiants, mais ils représentent une amélioration considérable par rapport à l’itération précédente.
Les feuilles artificielles flottantes sont également évolutives : des tests ont été réalisés sur des versions de 1,7 cm2 à 100 cm2, avec des performances qui ont suivi. Selon l’équipe, ces dispositifs pourraient être utilisés pour produire des carburants plus propres pratiquement partout où il y a de l’eau, y compris dans les voies navigables polluées ou en pleine mer.
