Production de carburant à l'hydrogène inspiré de la photosynthèse

Au cours des dernières décennies, des groupes de recherche du monde entier se sont attaqués au problème du fractionnement de l'eau afin de produire de l'hydrogène. La raison de cet intérêt est que l'hydrogène est une alternative écologique et écologique pour les carburants existants, produite à partir d'une ressource peu coûteuse et facilement disponible - l'eau. C'est également le seul sous-produit des voitures fonctionnant à l'hydrogène, ce qui contraste fortement avec les émissions polluantes des véhicules à essence.

Dans un article publié dans Nature Catalysis , Galia Maayan , professeur adjoint à la Faculté de chimie Schulich du Technion - Institut israélien de technologie présente un complexe moléculaire (également appelé cluster moléculaire artificiel) qui améliore considérablement l'efficacité de l'oxydation de l'eau. Il le fait par biomimétisme - un domaine d'ingénierie inspiré par la nature (bio = vie, mimétique = imitation). Dans ce cas précis, l'inspiration provient du processus de photosynthèse dans la nature..

Professeur adjoint Galia Maayan

La photosynthèse est un processus naturel qui s'est développé chez les plantes, les bactéries et les algues à travers l'évolution. L'énergie du soleil est utilisée pour transformer l'eau et le dioxyde de carbone en matière organique et en oxygène. Ce processus est vital pour la vie sur Terre, car tous les animaux incapables de réaliser la photosynthèse (y compris les êtres humains) sont nourris de la chaîne alimentaire dont le premier lien est la bactérie photosynthétique. De plus, l'oxygène que nous respirons provient de la photosynthèse.

Le manganèse (Mn) est l'un des éléments essentiels du processus de photosynthèse. Inspiré par la nature, de nombreuses recherches ont été menées afin de permettre l'utilisation du manganèse comme catalyseur de la décomposition de l'eau, en combinaison avec l'électricité comme source d'énergie, visant à produire de l'hydrogène - un processus connu sous le nom d'électrolyse de l'eau. Chaque molécule d'eau, H 2 O, contient un atome d'oxygène et deux atomes d'hydrogène, qui sont divisés en utilisant l'énergie d'un courant électrique. Ceci est fait avec une cathode et une anode; la cathode apporte des électrons à l'eau et attire l'oxygène, et l'anode prélève des électrons dans l'eau et attire l'hydrogène. C'est un processus très difficile, nécessitant souvent une grande quantité d'énergie pour le mettre en mouvement. De plus, les catalyseurs à base de Mn sont souvent instables et se décomposent rapidement au cours de ce processus.

Naama Gluz

Le complexe moléculaire développé par Maayan devrait changer cette situation. Cette grappe, qui est en fait une molécule complexe appelée Mn 12 DH, possède des caractéristiques uniques qui sont avantageuses lors de la séparation de l'eau. Les expériences menées avec ce complexe démontrent qu'il produit une grande quantité d'électrons (courant électrique) et une quantité importante d'oxygène et d'hydrogène, malgré un investissement énergétique relativement faible. Non moins important, il est stable - ce qui signifie qu'il n'est pas facilement démoli, comme d'autres catalyseurs à base de Mn.

Selon Maayan, «dans la nature, l'évolution a créé une enveloppe protéique autour du noyau de manganèse qui le stabilise et empêche sa dissolution. Inspiré par cette structure naturelle, nous avons développé une coque organique qui permet au complexe de manganèse de se dissoudre dans l'eau et de le stabiliser. "

Une grande partie du travail décrit dans l'article a été réalisée par l'étudiante Naama Gluz dans le cadre de sa M.Sc. études sous la supervision de Maayan. Gluz poursuit ses recherches sur l'unique complexe de manganèse dans le cadre de ses études doctorales. Dans des expériences préliminaires, elle a pu démontrer que le complexe est capable de séparer l'eau par exposition à la lumière d'une lampe simple. Dans le futur, cela permettra de produire de l'oxygène et de l'hydrogène en grande quantité et très rapidement. L'idée est que finalement le processus fonctionnera avec l'énergie solaire, sans nécessiter d'électricité.

Fig. 2: Mn12Ac en tant que mimétique structurale de l'OEC capable de processus d'oxydation réversible

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