Qu'est-ce que la photosynthèse artificielle?
Les plantes obtiennent leur énergie d'une manière très différente de celle utilisée par les gens. Lorsqu'un homme a besoin d'énergie, il mange de la nourriture. Lorsqu'une plante a besoin d'énergie, elle utilise le processus de la photosynthèse pour absorber le dioxyde de carbone de l'environnement et utiliser la lumière du soleil pour le convertir en sucres, le type d'énergie dont elle a besoin pour rester en vie. Les scientifiques se sont efforcés de reproduire le processus de la photosynthèse en tentant d'exploiter l'énergie du soleil d'une manière nouvelle, efficace et écologique, et les recherches sur la photosynthèse artificielle ont donné des résultats intéressants.
La possibilité de produire une photosynthèse artificielle a été annoncée pour la première fois en 2000, bien que la recherche en soit déjà au stade de la planification. Les chercheurs ont utilisé l'effet Honda-Fujishima, découvert en 1953, qui utilise le dioxyde de titane comme photocatalyseur. Un photocatalyseur accélère les processus relatifs à la lumière et, dans ce cas, à l'énergie.
En raison de l’intérêt scientifique et commercial suscité par la photosynthèse artificielle et du désir de nouveaux produits potentiels qui pourraient en découler, le domaine de la recherche s’est scindé en deux. Cela a donné deux résultats différents: les cellules photoélectrochimiques et les cellules solaires sensibilisées par un colorant. Chaque cellule fonctionne sur des principes différents mais essaie d'obtenir le même résultat: une énergie photosynthétique artificielle pouvant être exploitée et stockée pour une utilisation ultérieure, ce qui réduirait la dépendance du monde à l'égard de sources d'énergie non renouvelables.
Les cellules photoélectrochimiques, également appelées PEC, utilisent le courant électrique de l'eau pour créer de l'hydrogène et de l'oxygène dans un processus appelé électrolyse. L'électricité peut ensuite être stockée dans l'hydrogène, qui est un «vecteur d'énergie», et l'énergie peut être utilisée plus tard, par exemple dans les batteries. Il existe deux types de CEE, l’une utilisant des surfaces semi-conductrices pour absorber l’énergie solaire et faciliter la scission des molécules d’eau en vue de l’utilisation de l’énergie. L'autre variété utilise des métaux dissous pour puiser de l'énergie solaire et démarrer le processus de photosynthèse artificielle. Les catalyseurs métalliques les plus courants pour ce type de réaction sont le cobalt et le rhodium. Des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont découvert que ces métaux étaient les plus efficaces pour ce type de travail.
L'autre type de cellule à l'étude, la cellule solaire sensibilisée par un colorant, est parfois appelée cellule de Gratzel ou cellule de Graetzel. Comme les CEE, les cellules de photosynthèse artificielles sensibilisées par un colorant utilisent un semi-conducteur pour collecter de l'énergie, généralement du silicium. Dans les cellules sensibilisées par un colorant, le semi-conducteur est utilisé pour transporter l'énergie collectée, et les photoélectrons, ou particules d'énergie, sont séparés et exploités à l'aide de colorants spéciaux. Les cellules de Gratzel sont considérées comme la forme de photosynthèse artificielle la plus efficace actuellement disponible, ainsi que la plus rentable à fabriquer. Les inconvénients sont principalement dus aux problèmes de température liés aux colorants liquides, car ils peuvent geler à basse température et cesser de produire de l’énergie, et se dilater à des températures plus élevées et se rompre.
Des recherches sont toujours en cours dans le domaine de la photosynthèse artificielle, notamment pour rechercher de meilleurs catalyseurs et mécanismes de transport d'énergie. Bien qu'elles ne constituent pas la forme de production d'énergie la plus efficace, elles suscitent un grand intérêt en raison de leur potentiel de rendement élevé, de leur faible coût de fabrication et de leurs conséquences possibles sur l'environnement. Si la photosynthèse artificielle pouvait être rendue accessible et fiable, la dépendance du monde vis-à-vis des combustibles fossiles non renouvelables pourrait être considérablement réduite.