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Fabrication d’hydrogène combustible à partir de cyanobactéries

Posté le par Arnaud Moign dans Matériaux, Biotech & chimie

Une équipe de chercheurs du Argonne National Laboratory (US Department of Energy) a annoncé avoir réussi à produire de l’hydrogène gazeux à partir de cyanobactéries, en utilisant la photosynthèse et donc l’énergie solaire. Ces travaux ouvrent peut-être une nouvelle voie vers la fabrication de cellules de production d’hydrogène en continu, ce qui résoudrait le problème du stockage d’hydrogène gazeux pour alimenter les piles à combustible. Néanmoins beaucoup de travail reste encore à accomplir pour arriver à un tel résultat.

Un processus naturel détourné pour produire de l’hydrogène

Le soleil est une source d’énergie inépuisable qui est utilisée de façon récurrente dans la nature. La photosynthèse est ainsi un processus bioénergétique ancien, apparu il y a plus de 3,7 milliards d’années avec les bactéries sulfato-réductrices. Ce processus a ensuite évolué avec l’apparition des cyanobactéries, pour devenir la photosynthèse oxygénique, responsable de la création de notre atmosphère riche en oxygène.

Le mécanisme photochimique qui a lieu au sein de ces cyanobactéries (et autres membranes thylakoïdes) est appelé « schéma en Z de la photosynthèse ». Ce nom vient d’une représentation du transfert acyclique des électrons, depuis la molécule d’eau, en passant par deux ensembles formés par des protéines et des pigments (comme la chlorophylle), appelés « photosystèmes ».

Les travaux de l’équipe du docteur Lisa M. Utschig-Johnson consistaient ainsi à tester différents catalyseurs capables de « détourner » cette production d’électrons en production d’hydrogène gazeux.

Le mécanisme de réaction détourné est le suivant :

  • Les photons absorbés par le photosystème II (PSII) sont utilisés pour oxyder l’eau.
  • Les électrons produits sont absorbés par le photosystème I (PSI).
  • Le PSI transfère les électrons de la partie luminale vers la partie stromale de la membrane.
  • Le catalyseur détourne ces électrons pour produire du H2.
Schéma en Z du transfert des électrons dans les membranes thylakoïdes pour la production de H2 par photosynthèse

Rendement et modularité : les clés de l’industrialisation

L’équipe de chercheurs a ainsi prouvé que des cyanobactéries pouvaient produire du H2, en présence de soleil et de nanoparticules de platine agissant comme catalyseur. Mais pour être commercialisable, un tel système devra gagner en efficacité et être économiquement rentable. Dans ce but, ils ont également exploré d’autres pistes, en utilisant des catalyseurs organométalliques à base de Nickel (Diphosphine de nickel) et de Cobalt (Cobaloxime) qui ont la capacité de se fixer aux membranes par interaction hydrophobe.

Un pas de plus vers le développement durable

L’enjeu de la production d’hydrogène gazeux est bien entendu de l’utiliser comme combustible, ce qui permettrait de se passer des énergies fossiles, mais aussi d’éviter au passage la production de CO2. En outre, les cyanobactéries, tout comme les métaux de transition utilisables comme catalyseur, se trouvent en abondance sur terre. Une telle solution, si elle était industrialisée, pourrait ainsi alimenter les piles à combustible et résoudre le problème du stockage de H2 sous pression, un gaz hautement explosif et très volatil.

Note : Une membrane thylakoïde est une membrane sur laquelle se déroule la phase photochimique de la photosynthèse.

Source : https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2018/SC/C8SC02841A#!divAbstract

Pour en savoir plus : https://rnbio.upmc.fr/physio_veg_photosynthese_11_PSI_1

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Posté le par Arnaud Moign


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