Cette nouvelle molécule peut exploiter 50 % d’énergie solaire supplémentaire par rapport aux cellules photovoltaïques actuelles. Une découverte qui pourrait aider les humains à se passer des combustibles fossiles au profit de sources d’énergie ne contribuant pas au réchauffement climatique.

Transformer l’énergie solaire en hydrogène

Pour la première fois, des chercheurs américains ont montré qu’il était possible de collecter l’énergie de l’intégralité du spectre visible de la lumière solaire et de la transformer rapidement et efficacement en hydrogène, carburant propre dont l’utilisation ne génère ni carbone ni dioxyde de carbone. « L’idée générale est que nous pouvons utiliser les photons du soleil et les transformer en hydrogène. Pour faire simple, nous stockons l’énergie de la lumière du soleil dans des liaisons chimiques pour pouvoir l’utiliser plus tard », détaille Claudia Turro, auteure principale de l’étude, présentée dans la revue Nature Chemistry.

La transformation de l’énergie solaire en carburant nécessite l’emploi d’un catalyseur, qui va permettre d’accélérer la conversion chimique. Mais jusqu’à présent, la plupart des tentatives se concentraient sur les longueurs d’onde les plus « énergétiques » de la lumière solaire, comme les rayons ultraviolets, et impliquaient l’utilisation de catalyseurs à plusieurs molécules, peu efficaces en raison de la perte d’énergie induite durant la conversion, tandis que les systèmes impliquant l’utilisation d’une seule molécule avaient tendance à se dégrader rapidement et proposaient un rendement faible en raison de leur incapacité à capturer l’énergie de l’intégralité du spectre visible de la lumière solaire.

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Un rendement 25 fois supérieur à celui des précédents dispositifs

Dans le cadre de leurs recherches, les scientifiques de l’université d’État de l’Ohio ont mis au point un catalyseur à une seule molécule, une forme de l’élément rhodium, permettant de limiter la quantité d’énergie perdue durant la conversion et capable de collecter l’énergie de l’intégralité du spectre visible de la lumière solaire (de l’infrarouge à l’ultraviolet). Selon leurs estimations, ce système propose un rendement 25 fois supérieur à celui des catalyseurs à une seule molécule les plus efficients précédemment développés, fonctionnant avec des photons ultraviolets.

En utilisant des LEDs pour éclairer des solutions acides contenant la molécule, les chercheurs ont par ailleurs constaté que de l’hydrogène était produit lorsque cette dernière était excitée par les photons. « Nous pensons que cela est dû au fait que la molécule que nous avons mise au point soit difficile à oxyder », avance Claudia Turro. « La transition vers les énergies renouvelables est indispensable, et grâce à ce procédé, nous pourrions utiliser la lumière du soleil pour générer de l’énergie plutôt que le charbon, le gaz ou le pétrole. Ce qui contribuerait à limiter le réchauffement climatique », poursuit la chercheuse.

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Il reste toutefois beaucoup de travail à l’équipe avant que ces découvertes ne puissent être mises en application dans le monde réel. Le rhodium étant un métal rare, la production de catalyseurs dérivés s’avère coûteuse, c’est pourquoi les chercheurs travaillent actuellement à l’amélioration de la molécule afin de produire de l’hydrogène sur une longue période de temps, et cherchent également à développer des alternatives utilisant des matériaux plus abordables.

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