Vers la transition énergétique avec le recyclage du CO2 au moyen de l’énergie solaire
Des chercheurs des universités de Nantes et Paris Diderot, et l’Ecole Polytechnique, travaillent de concert dans le cadre d’un projet ANR dédié à la photosynthèse artificielle. Cette étude fait suite aux recherches préliminaires publiées en juillet 2020 dans la célèbre revue Nature Communication qui leur a permis d’asseoir la faisabilité et la pertinence du projet PECALO (« Tandem photoplectrochemical cells for solar driven carbon dioxide reduction and alcohol oxidation »). Ce projet s’inscrit dans le cadre de la transition énergétique avec recyclage du CO2 grâce au soleil.
- Fabrice Odobel, Directeur de recherche au CNRS, Responsable de l’équipe d’Ingénierie des Matériaux Fonctionnels au CEISAM (UMR 6230 CNRS) à Nantes, et porteur scientifique du projet PECALO
- Nicolas Barreau (MCF- Univ. Nantes) et Stéphane Jobic (directeur de recherche au CNRS), chercheurs à l’Institut des Matériaux de Nantes Jean Rouxel à l’Université de Nantes
- Marc Robert, Professeur à l’Université de Paris et enseignant chercheur au LEM (UMR 7591 CNRS) à l’Université de Paris.
- Pere Roca i Cabarrocas, Directeur de recherche au CNRS, Directeur du Laboratoire de physique des interfaces et des couches mince (LPICM, UMR 7647 CNRS) à Paris Saclay
Une nouvelle forme d’énergie grâce à la photosynthèse artificielle
L’objectif du projet PECALO est la conception d’un dispositif photo-électrochimique tandem pour la réduction du dioxyde de carbone et l’oxydation des alcools par voie solaire. Ce projet a été labellisé par le Pôle EMC2 en avril 2020 et financé via l’Appel à Projets Générique de l’ANR en septembre 2020.
Porté par le Laboratoire CEISAM (Chimie Et Interdisciplinarité, Synthèse, Analyse, Modélisation), le projet durera 48 mois et sera financé à hauteur de 572 840 € par l’ANR.
“Le projet PECALO s’inscrit dans le domaine des énergies renouvelables et de la transition énergétique. Notre manière de produire et de consommer l’énergie va changer de manière radicale au cours de ce siècle car elle est fondée actuellement en majeure partie sur les énergies fossiles. Le défi à relever désormais est clairement de se tourner vers des énergies compatibles avec l’environnement, telle que l’énergie solaire.”
“Dans ce cadre, on peut envisager deux approches. La première est l’énergie photovoltaïque qui est la conversion de l’énergie lumineuse en électricité. C’est actuellement une technologie mature. La seconde approche, en cours de développement et qui risque de créer une révolution quand elle sera aboutie, est la photosynthèse artificielle. C’est sur cet axe de recherche que nous travaillons dans le cadre du projet PECALO.”
PECALO, un dispositif photoélectrochimique
“La photosynthèse artificielle est un domaine de recherche qui aura un impact majeur sur la transition écologique vers les énergies décarbonées. Ce projet vise, pour la première fois, à développer un dispositif photoélectrochimique tandem pour réduire le CO2 en CO avec l’oxydation concomitante d’un alcool en aldéhyde de façon à produire des composés ayant une valeur économique aux deux électrodes avec la lumière solaire comme seule source d’énergie.”
“A la fin du projet, la cellule aura une grande efficacité de conversion de l’énergie solaire en énergie chimique (3%) et une stabilité élevée (100 h). Ces objectifs seront atteints grâce à la combinaison de catalyseurs de réduction du CO2 très actifs à base de complexes de métaux abondants et bon marché, de photocathodes à base de chalcogénures de cuivre, de photoanodes composées de silicium amorphe recouvert d’un catalyseur à base de nitroxyde et une méthode inédite de réticulation pour stabiliser les catalyseurs sur les électrodes. Ce projet rassemble quatre équipes avec des spécialistes reconnus internationalement dans six disciplines clefs que sont les semi-conducteurs à base de CuInxGa1-x(S,Se)2, de silicium, la chimie du solide, la synthèse organique, la chimie de coordination, la chimie inorganique, et l’électro et la photoélectrocatalyse.”
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Des intérêts multiples pour l’environnement et l’industrie
“Aujourd’hui le vecteur énergétique est majoritairement ’énergie chimique (essence, gazole, kérosène). Cette source d’énergie est avantageuse car on sait la stocker de manière simple et stable contrairement à l’électricité. Donc si on est capable de transformer le CO2 en énergie chimique (méthane au méthanol) on a alors stocké du soleil en boîte !”
“Ces combustibles chimiques peuvent être utilisés pour les transports, le chauffage , etc. La photosynthèse artificielle, ouvre la voie à une économie circulaire utilisant le CO2. Les rejets de CO2 dans l’atmosphère sont recyclés pour produire des carburants. Ceux-ci vont émettre à nouveau du CO2 lors de leur combustion, qui sera recyclé à nouveau, etc …..”
Partenaires du projet PECALO
- Chimie et Interdisciplinarité, Synthèse, Analyse, Modélisation-CEISAM (CNRS et Université de Nantes)
- Institut des Matériaux de Nantes Jean Rouxel (CNRS)
- Laboratoire d’Electrochimie Moléculaire (CNRS et Université de Paris)
- Laboratoire de physique des interfaces et des couches minces (CNRS et Ecole Polytechnique)