Depuis des milliards d’années, la vie absorbe la lumière du soleil et la stocke comme source de carburant. Mais les scientifiques viennent de donner une nouvelle tournure à cet ancien processus qui pourrait enfin nous fournir l’efficacité dont nous avons besoin pour concurrencer les combustibles fossiles.
Une étude menée par l’université de Cambridge, au Royaume-Uni, a permis de trouver un meilleur moyen de séparer l’eau en hydrogène et en oxygène en reliant une voie de photosynthèse à une enzyme appelée hydrogénase.
Si le fait de séparer l’eau pour créer une source d’énergie propre n’a rien de nouveau, la plupart des méthodes utilisées jusqu’à présent reposaient sur des catalyseurs coûteux, ce qui rendait difficile le passage à la taille économique.
Ce nouveau procédé pourrait changer la donne.
La photosynthèse est le réarrangement de l’eau et du dioxyde de carbone en glucose, ce qui permet de conserver l’énergie lumineuse pour une utilisation ultérieure tout en libérant de l’oxygène libre.
Ce processus a permis aux plantes, aux algues et à certaines bactéries de survivre pendant quelques milliards d’années, et c’est lui qui est à l’origine des combustibles fossiles que nous brûlons aujourd’hui par tonnes.
Mais il n’est pas très efficace en ce qui concerne les processus de capture d’énergie. Après tout, les plantes n’ont besoin que de quelques pour cent de l’énergie qui tombe du ciel chaque jour.
Et pour libérer cette énergie stockée sous forme de charbon, il faut aussi libérer tout le dioxyde de carbone, qui, comme nous le savons, a engendré ses propres problèmes.
Les scientifiques ont maintenant inventé une version semi-artificielle de la photosynthèse qui améliore la formule de la nature, en réactivant un processus abandonné depuis longtemps par l’évolution.
La clé est une ancienne enzyme connue sous le nom d’hydrogénase.
“L’hydrogénase est une enzyme présente dans les algues qui est capable de réduire les protons en hydrogène”, explique la chimiste et auteur principal, Katarzyna Sokół.
“Au cours de l’évolution, ce processus a été désactivé parce qu’il n’était pas nécessaire à la survie, mais nous avons réussi à contourner cette inactivité pour obtenir la réaction que nous souhaitions – la division de l’eau en hydrogène et en oxygène.”
Imiter la photosynthèse au nom de la collecte et du stockage de l’énergie est quelque chose que les scientifiques expérimentent depuis des années. Plus qu’une source d’énergie potentielle, elle pourrait également aider à éponger le dioxyde de carbone sous sa forme traditionnelle.
Mais, selon Mme Sokół, la plupart des technologies antérieures ne peuvent tout simplement pas être appliquées à l’échelle industrielle, soit parce qu’elles sont trop coûteuses, soit parce qu’elles sont inefficaces, soit parce qu’elles utilisent des matériaux qui présentent des risques de pollution.
L’approche de son équipe a consisté à créer une cellule électrochimique – un peu comme une batterie – basée sur la biochimie de collecte de la lumière d’un processus appelé photosystème II.
Cette cellule fournit la tension nécessaire pour que l’enzyme hydrogénase fasse son travail, réduisant l’hydrogène dans l’eau afin qu’il puisse se séparer de l’oxygène et s’échapper sous forme de gaz.
Cela semble simple en principe, mais relier des systèmes artificiels à des processus organiques est tout sauf une promenade de santé.
“Ce travail permet de surmonter de nombreux défis difficiles associés à l’intégration de composants biologiques et organiques dans des matériaux inorganiques pour l’assemblage de dispositifs semi-artificiels et ouvre une boîte à outils pour le développement de futurs systèmes de conversion de l’énergie solaire”, explique l’auteur et chef de laboratoire, Erwin Reisner.
Il est peu probable que ce processus soit le point final, car il reste encore beaucoup de recherches à effectuer. Trouver le bon équilibre entre les matériaux naturels et l’intervention humaine pourrait être le moyen de produire une énergie solaire bon marché et vraiment propre.
“Cela pourrait être une excellente plateforme pour le développement de technologies solaires”, déclare Sokół.
“L’approche pourrait être utilisée pour coupler d’autres réactions afin de voir ce qu’il est possible de faire, d’apprendre de ces réactions, puis de construire des pièces synthétiques et plus robustes de la technologie de l’énergie solaire.”
Une économie de carburant à l’hydrogène est encore loin dans le futur, avec d’autres défis à surmonter dans le stockage et le transport. Mais là aussi, les chercheurs font de gros progrès.
Notre dépendance à l’égard des combustibles fossiles continuant à alimenter une crise climatique mondiale, des solutions de rechange sûres et bon marché ne sauraient tarder.
Cette recherche a été publiée dans Nature Energy.