L’hydrogène est considéré comme l’une des sources d’énergie alternatives du futur. Jusqu’à présent, cependant, le processus de production coûteux et énergivore a été un problème majeur en ce qui concerne le respect de l’environnement de cette substance, qui est en elle-même neutre en CO2. Pour cette raison, un nombre croissant de scientifiques dans le monde étudient d’autres méthodes de production d’hydrogène : à partir d’algues, par exemple.

Des scientifiques allemands de l’Université Friedrich Schiller, du Leibniz Institute for Photonic Technologies (Leibniz IPHT) et de l’Université d’Ulm se sont inspirés de la nature pour leur méthode de production d’hydrogène.

Pour ce faire, l’équipe du Centre de Recherche Collaboratif « CataLight » des Universités d’Iéna et d’Ulm a combiné de nouveaux colorants organiques avec des molécules de catalyseurs de métaux non précieux qui libèrent de l’hydrogène gazeux dans l’eau lorsqu’ils sont irradiés à la lumière. Ce substitut a montré un impact remarquable en termes de longévité et d’effet après excitation par la lumière visible.

La photosynthèse comme inspiration

Dans la nature, la lumière du soleil est plus efficacement stockée dans des liaisons chimiques grâce à la photosynthèse, car les complexes collecteurs de lumière et réactifs dans la membrane thylacoïde sont fixés dans les chloroplastes. Les chercheurs dirigés par le professeur Felix Schacher ont réalisé ce type d’arrangement à l’aide de polymères qui interagissent à la fois avec des substances hydrophiles et hydrophobes. Ces copolymères chargés, dits greffés, sont produits artificiellement.

Voici une vidéo en anglais montrant ce processus :

Jusqu’à présent, les scientifiques se sont principalement appuyés sur des complexes de métaux précieux comme matériaux absorbant la lumière pour la photosynthèse artificielle. Cependant, le groupe de recherche du professeur Kalina Peneva travaille sur des colorants sans métal. Les chercheurs d’Iéna se concentrent sur les colorants au rylène, qui sont particulièrement stables en présence de processus lumineux et chimiques.

Les complexes métalliques absorbant la lumière utilisés dans la recherche contiennent souvent du ruthénium ou de l’iridium. Cependant, ces métaux représentent moins de 0,1 millionième de pour cent de la masse de la croûte terrestre et sont donc limités en perspective. L’utilisation de composés photoactifs organiques à base chimique est beaucoup plus durable que l’utilisation de métaux lourds.

Résoudre les problèmes du futur grâce à une coopération interdisciplinaire

Mais l’absorption de la lumière seule ne suffit pas. Pour que l’hydrogène se forme, les niveaux d’énergie des colorants et des molécules de catalyseur doivent correspondre précisément après absorption, disent les chercheurs. Pour déterminer ces niveaux d’énergie, les chercheurs du groupe du professeur Benjamin Dietzek utilisent des méthodes spectroscopiques. Cela leur permet de tirer des conclusions sur la quantité d’énergie absorbée et qui reste dans la molécule à partir de l’interaction de la matière avec la lumière définie, entre autres.

En plus de l’augmentation des connaissances scientifiques, les scientifiques affirment qu’il est également devenu clair que les problèmes de l’avenir peuvent être abordés plus efficacement grâce à une collaboration interdisciplinaire. En effet, outre les chimistes organiques et les chercheurs sur les polymères, les physico-chimistes de l’IPHT de Leibniz et les chimistes inorganiques et ingénieurs chimistes de l’Université d’Ulm ont également apporté des contributions et des idées précieuses.

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