Panasonic développe une technique de production artificielle de biomasse
Panasonic a développé un système de photosynthèse artificielle, qui convertit le dioxyde de carbone (CO2) en matériaux organiques, en illuminant avec la lumière du soleil à une efficacité maximale de 0,2 %. L’efficacité est d’un niveau comparable aux vraies plantes utilisées pour l’énergie de la biomasse.
La clé du système est l’application d’un semi-conducteur au nitrure qui rend le système simple et efficace. Ce développement servira de base pour la réalisation d’un système de capture et de conversion du dioxyde de carbone résiduaire généré par des incinérateurs, des centrales électriques, ou des activités industrielles.
Le CO2 est l’une des substances responsables de l’effet de serre et des mesures sont donc prises à l’échelle mondiale pour réduire les émissions de CO2. Le problème du CO2 est également directement lié au problème de l’épuisement des combustibles fossiles. La photosynthèse artificielle est la conversion directe du CO2 en matériaux organiques, ce qui peut résoudre ces deux problèmes.
Dans les approches précédentes, les systèmes avaient jusqu’ici des structures complexes telles que des complexes organiques ou des photo-électrodes plurielles, et il était donc difficile d’améliorer leur efficacité en réponse à la lumière. Le système de photosynthèse artificielle de Panasonic a une structure simple réalisant une conversion extrêmement efficace du CO2 qui peut utiliser la lumière directe du soleil ou une lumière focalisée.
L’entreprise a déterminé en premier lieu qu’un semi-conducteur au nitrure était capable d’exciter les électrons avec une énergie suffisamment haute pour la réaction réductive du CO2. Les semi-conducteurs au nitrure ont attiré l’attention pour leurs applications potentielles dans des dispositifs optiques et électriques extrêmement efficaces pour économiser l’énergie. Il s’est avéré toutefois que leur potentiel s’étend au-delà des dispositifs solides ; plus spécifiquement, ils peuvent servir de photo-électrode pour réduire le CO2. En créant une structure à dispositif à l’aide du processus à couche fine pour semi-conducteurs, la performance en tant que photo-électrode s’est améliorée considérablement.
La réduction du CO2 se produit sur un catalyseur métallique à l’extrémité opposée de la photo-électrode en semi-conducteur au nitrure. Le catalyseur métallique joue un rôle important dans la sélection et l’accélération de la réaction. Ici, il est noté que le système est uniquement constitué de matériaux inorganiques qui peuvent réduire le CO2 avec une faible perte d’énergie. Pour cette raison, la quantité de produits de réaction est exactement proportionnelle à l’énergie lumineuse. C’est l’un des mérites de ce système entièrement inorganique tandis que certains systèmes conventionnels ne peuvent pas suivre l’énergie lumineuse en général à cause de leurs processus internes ou externes cinétiquement limitant dans les structures complexes.
Le système à semi-conducteur au nitrure et catalyseur métallique génère principalement de l’acide formique à partir du CO2 et de l’eau avec de la lumière à une efficacité maximale mondiale de 0,2 %. L’efficacité est d’un niveau comparable aux plantes réelles utilisées dans la source d’énergie de la biomasse. L’acide formique est un produit chimique important de l’industrie des colorants et des parfums. La cinétique de réaction est complètement proportionnelle à l’énergie lumineuse en raison de la faible perte d’énergie avec une structure simple ; autrement dit, le système peut répondre à une lumière focalisée. Cela permettra de réaliser un système simple et compact de capture et de conversion du dioxyde de carbone résiduaire provenant d’incinérateurs et de centrales électriques.