Produire du carburant à partir du CO2 atmosphérique et de l’énergie solaire : tel est le défi que viennent de relever des chercheurs du CNRS. Grâce à une innovation technologique majeure, ces scientifiques ont mis au point une cellule photo-électrochimique optimisée qui repousse les limites des technologies actuelles, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives pour la transition énergétique. Leur travail, publié dans la revue Angewandte Chemie International Edition, pourrait révolutionner la manière dont nous utilisons l’énergie solaire pour lutter contre les enjeux environnementaux.
La transformation du dioxyde de carbone (CO2) en carburant est un des grands défis des sciences actuelles, car elle permettrait non seulement de lutter contre les émissions de gaz à effet de serre, mais aussi de créer des combustibles durables. Le principe est simple en théorie : utiliser l’énergie solaire pour réaliser une réduction électrochimique du CO2, le transformant en monoxyde de carbone (CO) et dioxygène (O2), tout comme la nature le fait à travers la photosynthèse pour produire du glucose à partir de l’eau et du CO2.
Cependant, pour que cette transformation soit viable à grande échelle, il est nécessaire de combiner plusieurs technologies dans un même dispositif : un matériau photovoltaïque performant capable de convertir la lumière du soleil en électricité et une cellule électrochimique équipée d’un catalyseur efficace pour activer la réduction du CO2. Le problème réside dans le fait que le CO2 est une molécule particulièrement stable, nécessitant des densités de courant élevées pour la décomposer efficacement. Et les catalyseurs, en plus d’être performants, doivent être à la fois sélectifs, abordables et durables en milieu aqueux, des critères souvent difficiles à concilier.
L’équipe du CNRS a relevé ce défi avec brio, en collaborant avec les chercheurs de l’Université de Nantes. Leur innovation porte sur une photo-électrode utilisant un matériau de chalcopyrite Cu(In,Ga)S₂, un composant connu pour son efficacité dans la conversion photovoltaïque. Là où la majorité des photoélectrodes actuelles utilisent une face avant pour capter la lumière, les chercheurs ont développé une approche inédite en exploitant la face arrière de la photo-électrode.
Sous forme ultra-fine et associée à un oxyde conducteur transparent en guise de couche de contact, cette configuration permet à la lumière d’être absorbée par la face arrière de l’électrode, générant ainsi des quantités de courant plus importantes que les dispositifs traditionnels. L’astuce majeure ici est de ne plus imposer de transparence à la surface avant de l’électrode, un véritable casse-tête technique pour l’intégration des matériaux de protection, des couches tampons et des catalyseurs.
Un autre point clé de cette avancée est l’utilisation d’un catalyseur moléculaire, la quaterpyridine de cobalt. Ce catalyseur fait partie des électrocatalyseurs non nobles, efficaces et sélectifs, spécialement adaptés à la réduction du CO2. Sa capacité à fonctionner dans un environnement aqueux, tout en étant opaque à la lumière, le rend idéal pour cette application. Grâce à cette combinaison de matériaux et de technologies, les chercheurs parviennent à surmonter plusieurs obstacles majeurs, ouvrant la voie à des dispositifs plus modulables et performants.
Ce développement pourrait transformer l’industrie des carburants solaires. L’innovation du CNRS présente l’avantage de minimiser les contraintes liées à l’absorption de la lumière et à l’immobilisation des catalyseurs, tout en ouvrant la voie à la création de dispositifs photo-électrochimiques (PEC) flexibles, sur-mesure et plus accessibles. Ces dispositifs pourraient être adaptés à des applications variées, des panneaux solaires sur des surfaces courbes aux technologies de conversion de CO2 à grande échelle.
Une avancée technologique prometteuse qui pourrait faire naître un futur plus vert, où la production de carburant à partir du CO2 devient une réalité durable, grâce à l’ingéniosité des chercheurs et à l’énergie du soleil.
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