Des chercheurs démontrent comment utiliser l’énergie solaire pour transformer les déchets plastiques, tels que les bouteilles de boissons, en hydrogène propre à une échelle suffisamment grande pour être réellement utile dans le monde réel, grâce à une approche évolutive.
Les chercheurs de l’Université de Cambridge ont déjà démontré qu’un réacteur solaire pouvait convertir les déchets plastiques en hydrogène propre et en produits chimiques industriels précieux, mais seulement à l’échelle du laboratoire.
Ils ont désormais démontré la voie à suivre pour transposer cette technologie à l’échelle commerciale, en extérieur et en conditions réelles.
Alors que les démonstrations précédentes utilisaient un petit réacteur (catalyseur) d’environ 25 cm de côté, le nouveau dispositif est nettement plus grand – environ un mètre carré – et a été testé en plein soleil devant le département de chimie de Cambridge. C’est la première fois que cette technologie est utilisée avec succès en extérieur grâce à des techniques adaptables à grande échelle.
Au lieu de produire de l’électricité comme un panneau solaire classique, les dispositifs de Cambridge déclenchent une réaction chimique qui transforme les déchets en produits utiles tout en convertissant l’eau en hydrogène propre. Ces résultats sont publiés dans la revue Nature Chemical Engineering .
Les premières versions de panneaux solaires nécessitaient des températures élevées, des produits chimiques agressifs ou des procédés de fabrication complexes. Généralement, cela impliquait de petites particules en suspension dans une solution et déposées sur un substrat.
« Lorsque nous avons commencé à tenter d’industrialiser cette technologie, nous avons rapidement constaté que ce qui paraît simple à petite échelle ne l’est absolument pas lorsqu’il s’agit de la produire à grande échelle », explique Ariffin Bin Mohamad Annuar, co-premier auteur de l’étude et membre du département de chimie Yusuf Hamied de l’université de Cambridge. « Il est impossible de fabriquer ces panneaux dans d’immenses cuves de solution ; ce n’est tout simplement pas envisageable à grande échelle. »
« Si nous voulons vraiment changer notre façon d’aborder les deux problèmes que sont la pollution plastique et la production d’énergie propre, nous devons développer une méthode très évolutive pour fabriquer ces matériaux et réacteurs photocatalytiques — et montrer qu’ils fonctionnent réellement en extérieur », a déclaré le professeur Erwin Reisner, qui a dirigé la recherche.
Les nouveaux panneaux peuvent être assemblés à température ambiante sans équipement spécialisé : tout d’abord, le matériau absorbant la lumière est pulvérisé sur un panneau de verre, puis le panneau est recouvert de molécules spécialement conçues contenant du cobalt et du zirconium.
L’équipe du professeur Dominic Wright, co-auteur de l’étude et également membre du département de chimie, a réalisé la synthèse du précurseur moléculaire. Ces précurseurs ont ensuite été utilisés par l’équipe de Reisner pour alimenter un pulvérisateur – semblable à un pistolet à peinture domestique – afin de pulvériser le revêtement directement sur une plaque de verre.
« Ce qui m’a surpris, c’est la simplicité du procédé après toutes ces optimisations », a déclaré Mohamad Annuar. « On utilise un grand panneau sur lequel on pulvérise notre catalyseur, qu’on plonge dans notre solution, qu’on expose au soleil, et il produit de l’hydrogène et d’autres produits chimiques précieux à partir de déchets plastiques. C’est simple et facilement industrialisable. »
Les chercheurs ont démontré que le réacteur fonctionne avec des matériaux allant de la cellulose aux bouteilles en plastique PET, comme celles utilisées pour les boissons gazeuses. Ils ont également réalisé une analyse de coûts afin d’évaluer les conditions nécessaires à une commercialisation à grande échelle de cette technologie, une première dans ce domaine, selon eux.
La méthode de revêtement par pulvérisation mise au point par les chercheurs de Cambridge réduit considérablement le coût de production des réacteurs, un facteur essentiel pour leur fabrication à grande échelle. Cependant, les chercheurs précisent qu’il leur faut encore améliorer la durabilité et l’efficacité des réacteurs avant qu’ils ne soient prêts pour une production commerciale.
Un brevet pour cette technologie a été déposé auprès de Cambridge Enterprise, le pôle d’innovation de l’université. Ces recherches ont bénéficié du soutien du ministère britannique de la Science, de l’Innovation et de la Technologie, de la Royal Academy of Engineering et de Petronas. Erwin Reisner est membre du St John’s College de Cambridge. Ariffin Bin Mohamad Annuar est membre du Clare College de Cambridge.
