La fabrication de produits chimiques représente environ 10 % de la consommation mondiale d'énergie et 7 % des émissions industrielles à effet de serre. Des chercheurs de l'université RMIT ont mis au point un matériau capable de capter 99 % de la lumière et de l'appliquer directement pour alimenter des réactions chimiques, réduisant ainsi les émissions et améliorant l'efficacité des processus actuels
Une équipe de recherche dirigée par le professeur associé Daniel Gomez, un Future Fellow financé par le Conseil australien de la recherche, a publié aujourd'hui un article intitulé "Organic synthesis of hot carriers through near perfect light absorption" (Synthèse organique de porteurs chauds par absorption quasi parfaite de la lumière) dans la revue ACS Applied Energy Materials, qui relève le défi d'identifier des sources d'énergie alternatives pour la fabrication de produits chimiques.
Les plastiques, les médicaments, les engrais et les composants électroniques (les matériaux qui produisent les couleurs des écrans numériques) font partie des produits qui pourraient être fabriqués grâce à la photocatalyse (l'application de la lumière, et bientôt de la lumière du soleil) pour déclencher des réactions chimiques.
notre objectif ultime est d'utiliser cette technologie pour exploiter efficacement la lumière du soleil et convertir l'énergie solaire en produits chimiques, dans le but de transformer cette industrie vitale en une industrie renouvelable et durable", explique M. Gomez.
Selon l'Australian Energy Update d'août 2018, la production chimique en Australie utilise 17,8 % de l'énergie totale utilisée dans la fabrication, et la fabrication elle-même représente 17,8 % de notre consommation énergétique totale. Aux États-Unis, l'industrie chimique représente 28 % de l'électricité utilisée par le secteur industriel du pays.
La percée du groupe RMIT se concentre sur l'amélioration des propriétés optiques des nanoparticules de palladium qui permettent des taux d'absorption de lumière plus élevés. Le palladium, un métal blanc rare et cher, est un excellent catalyseur pour les réactions chimiques, mais il n'est pas très sensible à la lumière. Le procédé mis au point au RMIT en collaboration avec le CSIRO, le Melbourne Nanofabrication Centre et l'université de Melbourne, manipule le palladium pour absorber 99 % de la lumière.
il utilise les propriétés des matériaux optiques pour supprimer la réflexion, de sorte que la lumière n'est pas réfléchie par la surface des particules, mais est complètement absorbée", explique M. Gomez.
dans le cas du photovoltaïque, ajoute-t-il, on utilise la lumière du soleil pour produire des charges. Dans cette application, "ces charges ne produisent pas de courant électrique, mais déclenchent une réaction chimique".
M. Gomez explique qu'il a d'abord pensé à ce procédé comme à un moyen de produire de petits volumes de produits chimiques complexes utilisés par les entreprises pharmaceutiques pour la fabrication de médicaments. mon raisonnement était le suivant : les matériaux comme le palladium sont chers, et il ne semblait pas réaliste de mettre en œuvre ces technologies pour produire des tonnes d'hydrogène, par exemple".
En fait, les collaborateurs de Gomez au CSIRO appliquent déjà leur technologie, qui nécessite de minuscules quantités de palladium de l'ordre du nanomètre, à la production d'hydrogène. Cette méthode est également envisagée pour le dessalement de l'eau : "La chaleur localisée dans les particules peut devenir suffisamment importante pour vaporiser l'eau", explique M. Gomez, qui laisse le condensat résultant sans sel.
La production d'hydrogène est en train de générer sa propre chaleur cette année, le leader du parti travailliste fédéral Bill Shorten ayant annoncé le plan national pour l'hydrogène de son parti, avec des investissements de 1,14 milliard de dollars promis pour faire de l'Australie un leader mondial de l'industrie.
Les travaux de M. Gomez visant à exploiter la lumière du soleil pour la photocatalyse ne sont pas seulement efficaces dans leur processus, mais aussi dans leur méthode. Il explique que Merck, l'une des plus grandes entreprises pharmaceutiques du monde, utilise avec succès la chaleur des composés d'iridium pour catalyser les produits chimiques, mais que les composés doivent être extraits du produit chimique traité, puis jetés. Dans le processus du RMIT, "les matériaux se présentent sous la forme d'un film, donc une fois le processus terminé, vous retirez le film, le nettoyez et le réutilisez".
M. Gomez suppose qu'avec le temps, certains produits chimiques peuvent se lier de manière irréversible à la surface du film, ce qui le rend moins efficace, mais les limites de sa durabilité par rinçage et répétition n'ont pas encore été explorées.
Selon lui, les prochaines étapes consisteront à produire de manière plus économique des films de nanoparticules sous forme d'encres pouvant être peintes sur des supports tels que des diapositives, en vue de leur immersion dans des matières premières. Les dépôts sont actuellement produits dans des chambres à vide, dont les coûts d'exploitation sont élevés. Le fait de les transformer en substances pouvant être peintes "nous permettra de passer à une échelle supérieure de manière moins coûteuse", explique M. Gomez.
En attendant, dit-il, "nos partenaires du CSIRO travaillent sur la production d'hydrogène".
