La lumière du soleil peut entraîner des processus qui convertissent le dioxyde de carbone en matériaux utiles.
Divers produits chimiques sont importants pour notre santé et notre confort. Nous avons besoin de combustibles fossiles pour une part importante de ces substances. La combustion libère du dioxyde de carbone, qui à son tour contribue au changement climatique.
Les chercheurs travaillent sur une méthode pour convertir les déchets de dioxyde de carbone en produits chimiques nécessaires. Ils veulent utiliser la lumière du soleil pour cela. Par exemple, ils réduiraient les émissions de deux manières :en utilisant le gaz indésirable comme matière première et en s'appuyant sur la lumière du soleil - au lieu des combustibles fossiles - comme source d'énergie pour la conversion.
Ce processus est désormais de plus en plus réalisable, grâce aux progrès des soi-disant photocatalyseurs. Ces dernières années, les chercheurs ont développé des catalyseurs alimentés par la lumière du soleil qui leur permettent de rompre la double liaison résistante entre le carbone et l'oxygène dans le dioxyde de carbone.
Il s'agit d'un premier pas critique vers des « raffineries solaires » qui doivent extraire des éléments utiles des gaz résiduaires. Pensez aux molécules qui peuvent servir de matière première pour les médicaments, les détergents, les engrais et les textiles.
Les photocatalyseurs sont généralement des semi-conducteurs. Pour générer les électrons nécessaires à la conversion du dioxyde de carbone, ils ont besoin de lumière UV à haute énergie. Mais la lumière UV est rare (à peine 5 % de la lumière du soleil est ultraviolette) et elle est également nocive.
Un objectif important est de développer des catalyseurs qui fonctionnent avec une lumière abondante et inoffensive. Pour atteindre cet objectif, les ingénieurs doivent repenser les catalyseurs existants, tels que le dioxyde de titane. Ces catalyseurs peuvent déjà convertir efficacement le dioxyde de carbone en d'autres molécules en réagissant à la lumière UV. Mais en les dopant avec de l'azote, l'énergie nécessaire pour cela peut être considérablement réduite. Le catalyseur modifié n'a désormais besoin que de lumière visible pour produire des produits chimiques couramment utilisés tels que le méthanol, le formaldéhyde et l'acide formique. Vous pouvez ensuite utiliser ces substances pour produire des adhésifs, des mousses, du contreplaqué, des sols et des désinfectants.
«Le dopage d'un photocatalyseur avec de l'azote, du carbone ou du fluor garantit que la lumière visible – avec une énergie plus faible – peut également déclencher une réaction chimique», explique Sammy Verbruggen, qui étudie ces processus à l'université d'Anvers. « Malheureusement, l'azote s'avère souvent instable et l'activité diminue avec le temps. C'est pourquoi nous utilisons également d'autres matériaux plus stables qui nous permettent de réagir avec la lumière visible. Pensez aux nanoparticules à base d'or, d'argent ou d'aluminium, qui captent et concentrent la lumière visible.'
À l'heure actuelle, la recherche sur la chimie alimentée par la lumière du soleil se fait principalement dans des laboratoires universitaires. Le consortium Sunrise, entre autres, y travaille. Le consortium est un partenariat basé aux Pays-Bas d'universités, d'entreprises, d'instituts de recherche et d'organisations qui travaillent autour de la technologie. L'Institut Max Planck pour la conversion de l'énergie chimique à Mülheim, en Allemagne, y travaille également. Le laboratoire de Verbruggen utilise la photocatalyse pour la purification de l'air, des revêtements et des capteurs autonettoyants et antibactériens capables de détecter les produits pharmaceutiques dans l'eau.
Certaines start-up adoptent une approche différente pour convertir le dioxyde de carbone en substances utiles. Ils utilisent l'électricité au lieu de la lumière du soleil pour conduire les réactions chimiques. S'ils produisent cette électricité en brûlant des combustibles fossiles, ils sont évidemment moins respectueux de l'environnement. Produire de l'électricité grâce à des panneaux solaires aiderait déjà. « Alimenter les réactions avec de l'électricité au lieu de la lumière du soleil peut être utile pour la production de nuit », déclare Verbruggen, « mais l'avantage de la vraie photocatalyse est qu'il s'agit d'un processus en une seule étape. Le matériau lui-même se charge de la réaction avec la lumière du soleil et il initie lui-même la conversion chimique. Vous n'avez pas besoin de panneaux solaires ou de batteries pour cela.'
Dans les années à venir, les start-ups et autres entreprises continueront de se concentrer sur les moyens de tirer parti de la photocatalyse. La technologie doit transformer l'industrie chimique en un secteur qui convertit les déchets en produits de valeur. Cela nous rapprocherait d'une économie circulaire et devrait contribuer à atteindre l'objectif d'émissions négatives.
