L’hydrogène décarboné pourrait jouer un rôle majeur afin d’atteindre la neutralité carbone d’ici à 2050. La photosynthèse artificielle est l’un des moyens d’en produire, sans déboucher sur des émissions de CO₂. Ce procédé consiste à séparer les molécules d’eau par électrolyse, à partir d’un courant électrique photovoltaïque. L’équipe de chercheurs de l’EPFL a notamment utilisé cette technique. Mais avec son nouveau concept, elle propose de produire simultanément de l’hydrogène, de l’oxygène et de la chaleur à grande échelle. En effet, ces deux sous-produits peuvent être exploités au lieu d’être rejetés comme des déchets. À travers cet article, nous vous expliquons comment fonctionne cette technologie et quelles sont ses éventuelles applications.
Le mode de fonctionnement de ce système de photosynthèse artificielle
Ces scientifiques suisses ont installé leur démonstrateur à échelle un sur le campus de l’EPFL. Cette machine est constituée d’une antenne parabolique qui fonctionne comme un « arbre artificiel ». Elle est capable de capter près de 1 000 fois la lumière du soleil. Une fois que le rayonnement solaire est intercepté par la parabole, l’eau est transférée vers un réacteur photoélectrochimique intégré. À l’intérieur de ce réacteur, les cellules photoélectrochimiques sont alimentées par l’électricité photovoltaïque afin de décomposer les molécules d’eau en hydrogène et en oxygène. L’énergie thermique générée passe par un échangeur de chaleur pour être exploitée à des fins résidentielles ou industrielles.
Selon Sophia Haussener, directrice du Laboratoire de science et d’ingénierie des énergies renouvelables (LRESE), ce système grandeur nature permet aux chercheurs de recueillir des informations précises sur le rendement énergétique de l’appareil. Ce qui n’est pas le cas avec les démonstrateurs à l’échelle du laboratoire. Cette antenne parabolique solaire affiche une puissance de sortie de plus de 2 kW, qui serait deux fois plus élevée que la puissance observée sur le réacteur pilote. Elle présente une efficacité record, affirme Haussener. La réussite de cette étape de démonstration est cruciale pour passer facilement à la phase de commercialisation de cette nouvelle génératrice d’hydrogène.
Les différentes applications de cette technologie
Selon les chercheurs, leur travail de développement actuel découle d’une recherche préalable approfondie sur le concept de production d’hydrogène à plus petite échelle. Lors de cette étude antérieure, ils avaient déployé un simulateur solaire à haut flux du laboratoire. Les résultats de cet essai étaient probants. Leur processus actuel à grande échelle serait aussi performant. Les trois produits à faible émission de carbone ont de multiples utilisations potentielles. L’hydrogène vert pourrait remplacer les combustibles fossiles employés dans les transports, dans les entreprises manufacturières, etc. L’oxygène pourrait être utilisé dans le secteur de la santé. La chaleur sera nécessaire pour chauffer des bâtiments et produire de l’eau chaude.
Actuellement, une start-up dérivée du LRESE procède déjà au déploiement et à la commercialisation de cette machine innovante. Elle a conclu un contrat avec une entreprise de production de métaux, en vue d’installer un système de démonstration de plusieurs centaines de kilowatts. Celui-ci est composé d’un certain nombre d’antennes paraboliques solaires ou « arbres artificiels ». En somme, cette technologie à triple production constitue une avancée importante dans l’industrie des énergies renouvelables et propres. Cette approche fondée sur la photosynthèse artificielle devrait susciter l’intérêt de nombreux autres chercheurs pour lutter plus efficacement contre le changement climatique. Plus d’informations : Nature Energy