Carburants solaires : des éponges photoniques 3D pour une meilleure valorisation du CO2

Des chercheurs du CNRS, de l’université de Bordeaux et d’IFP Energies nouvelles (IFPEN) ont développé de nouveaux matériaux catalytiques capables de capter efficacement les photons du rayonnement solaire.
    
Leurs travaux, qui ont été brevetés¹, viennent d’être publiés dans la revue scientifique Advanced Functional Materials.
   
Ces travaux ouvrent la voie vers une réduction considérable de l’empreinte au sol des systèmes de production de « carburants solaires », et devraient réorienter les recherches dans le domaine des systèmes photo-actifs, même au-delà de la valorisation du CO₂.

La production d’énergie à partir de la lumière du soleil représente une voie à fort potentiel pour répondre aux urgences climatiques et énergétiques. L’idée est de transformer le CO₂ en carburant grâce au rayonnement solaire, inépuisable et abondant. Le bénéfice est double car il associe à un volet de remédiation (gestion d’un gaz à effet de serre) la production de molécules énergétiques à partir de ressources non fossiles.
   
Pour cela, la communauté scientifique travaille sur le développement de procédés catalytiques capables de reproduire le processus naturel de photosynthèse qui convertit le dioxyde de carbone et l’eau, sous l’effet des radiations solaires, en dioxygène et en hydrates de carbone.
   
Parmi les défis liés à la mise au point de dispositifs capables de capter efficacement les radiations solaires figure le problème de l’empreinte au sol. En effet, les photo-catalyseurs actuellement développés sont systématiquement configurés sous formes de cellules/réacteurs bidimensionnels (en couche mince), ce qui engendre de facto une utilisation de surfaces considérables. Or, si l’énergie solaire est abondante et gratuite, les surfaces étendues de terre non cultivables sont limitées.
   
Les équipes du Centre de recherche Paul Pascal (CNRS/Université de Bordeaux) et d’IFP Energies nouvelles ont travaillé sur la réalisation de matériaux photo-actifs en volume. Cela permet la transformation du CO₂ dans le volume du catalyseur, produisant ainsi de manière sélective des combustibles comme du méthane et de l’éthane. Les matériaux monocellulaires ainsi réalisés ont la propriété d’agir comme de véritables éponges photoniques car ils augmentent considérablement la pénétration des photons au sein de leur structure, et permettent ainsi des performances améliorées d’au moins un ordre de grandeur.
   
À travers ces résultats originaux et prometteurs, les chercheurs espèrent contribuer à susciter au sein de la communauté scientifique un intérêt quant à la préparation de nouvelles générations de systèmes photo-actifs tridimensionnels dans des domaines d’applications allant du photovoltaïque, à la photo-protéolyse en passant par la photo-purification de l’air.

¹ Sophie Bernadet, Antoine Fécant, Serge Ravaine, Denis Uzio, Rénal Backov.
   
Brevets français 2017 : FR3065651, FR3065650, FR3065649.

Publications

Sophie Bernadet, Eugénie Tavernier, Duck-Min Ta, Renaud A. L. Vallée, Serge Ravaine, Antoine Fécant, Rénal Backov, Bulk Photo-Driven CO₂ Conversion through TiO₂@Si(HIPE) Monolithic Macrocellular Foams. Advanced Functional Materials.
>> DOI: 10.1002/adfm.201807767
 

Contacts chercheurs

Rénal Backov, CRPP-UMR CNRS 5031, Université de bordeaux
Tél. : 00 1 617 258 7093 - backov@crpp-bordeaux.cnrs.fr  - backov@mit.edu
   
Antoine Fécant, IFP Energies nouvelles, Etablissement de Lyon
Tél. : 00 33 4 37 70 23 05 - antoine.fecant@ifpen.fr

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