De nouveaux carburants issus de la photosynthèse artificielle sur des bulles de savon

Vous pouvez créer nouveaux carburants zéro émission en utilisant les mêmes processus mis en œuvre par la nature ? Oui, selon les chercheurs de l'Université d'Uppsala qui dirigent le projet de recherche SoFiA (Photosynthèse artificielle sur film de savon), auquel participent également l'Université de Leiden, l'Université d'Amsterdam, l'Université polytechnique de Turin et plusieurs instituts de recherche internationaux.

L'objectif du projet, qui a reçu en 2019 un financement de 3,2 millions d'euros de la Commission européenne, est de transformer le CO2 en carburant et des matières premières pour l'industrie en imitant la membrane thylakoïde des feuilles, où se déroule la phase lumineuse de la photosynthèse.

Aujourd'hui, les objectifs du projet SoFiA semblent plus proches : la dernière contribution importante vient des chercheurs de Ecole polytechnique de Turin, qui, dans une étude récemment publiée, ont démontré pour la première fois la possibilité d'utiliser i film de savon comme membranes réactives, ouvrant la voie à la production de combustibles solaires à partir de CO2.

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La nouvelle étude de Ecole polytechnique de Turin, vient de paraître sur «Lettres d'examen physique » par une équipe de chercheurs coordonnée par le professeur Eliodoro Chiavazzo, montre comment créer dissymétries dans les films de savon, ou comment concevoir »les fines parois des bulles de savon très communes ».

Les films de savon ont une conformation typiquement symétrique, en forme de sandwich, dans laquelle deux minces films tensioactifs ils contiennent un certain volume d'eau : des chercheurs ont mis au point un procédé permettant de « briser » cette symétrie en exploitant le dépôt asymétrique d'agents chimiques via un aérosol sur les surfaces du film.

Ce résultat se traduit par la possibilité d'utiliser des films de savon comme membranes réactives (auto-cicatrisant et peu coûteux) pour diverses applications énergétiques, notamment i procédés photocatalytiques pour la production de combustibles solaires tels que le monoxyde de carbone à partir du CO2. Là photosynthèse naturelle, en fait, repose précisément sur l’asymétrie.

"Nous sommes fiers que la contribution de l'École Polytechnique ait été décisive dans l'identification de la technique de dopage correcte et dans la formulation de la compréhension théorique des processus qui sous-tendent cette technologie.», explique le professeur Eliodoro Chiavazzo.

"L'ayant démontré sur des feuilletons», poursuit le professeur, «il a une grande valeur non seulement scientifique mais aussi technologique, car il nous offre une plate-forme peu coûteuse et facile à construire dans laquelle il est possible de contrôler le degré de symétrie à l'échelle atomique. ».

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SoFiA, photosynthèse artificielle sur film de savon possible

La nouvelle étude de l'École Polytechnique de Turin est la dernière contribution importante à un vaste projet de recherche lancé en 2019 et rendu possible grâce à la collaboration de nombreuses universités et centres de recherche au niveau international : "En collaboration avec un groupe international de collègues, nous travaillons depuis des années sur l'utilisation de structures de film telles que membranes réactives.»Dit Luca Bergamasco, parmi les auteurs de l'étude.

La recherche fait partie du programme multidisciplinaire de projets européens SoFiA (Photosynthèse artificielle sur film de savon), ce qui implique entre autres leUniversité d'Uppsala,Université de Leiden et l 'Université d'Amsterdam.

A la base du projet, l'objectif ambitieux de imiter la membrane thylakoïde des feuilles, celui dans lequel se déroulent les processus de la phase lumineuse de la photosynthèse, pour créer une « synthèse de chlorophylle » artificielle à partir de laquelle obtenir des combustibles solaires.

"La photosynthèse capte la lumière du soleil et utilise son énergie pour déclencher des réactions chimiques qui accumulent des substances riches en énergie telles que les glucides.", Il explique Leif Hammarström, professeur de physique chimique au laboratoire Ångström de l'université d'Uppsala, ainsi que coordinateur du projet.

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La photosynthèse artificielle comme véritable alternative au fossile

La plupart des carburants comme l'éthanol et l'hydrogène sont désormais produits à partir de sources fossiles, exploitant le pétrole comme matière première. Toutefois, selon les scientifiques, le photosynthèse artificielle représente une alternative valable, durable et efficace à ce processus. En remplacement de dérivés pétroliers, ils sont utilisés du soleil, de l'eau, du CO2 et une fine pellicule de savon.

En utilisant une technique similaire à celle de cellules solaires, la photosynthèse artificielle étudiée par le professeur Hammarström est capable de produire du carburant sous forme gazeuse ou liquide, simulant ce qui se passe dans les plantes, c'est-à-dire transformer l'énergie solaire en énergie chimique.

L'idée des scientifiques est donc d'imiter la membrane thylakoïde à l'aide de films de savon contenant des classes de tensioactifs de catalyseur molécules obtenues à partir de des matériaux très abondants sur Terre.

"La plupart de nos recherches tournent autour de travaux scientifiques fondamentaux où nous cherchons à comprendre les premiers principes et à développer de nouveaux catalyseurs et mécanismes.», explique Hammarström dans une interview en 2022, «il s'agit de accélérer la réaction chimique afin que les processus deviennent plus économes en énergie ».

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La photosynthèse pour des carburants durables : au-delà… du savon

Au Département de Chimie de Laboratoire d'Ångström il n'y a pas que le groupe de Leif Hammarström qui s'occupe des bulles de savon et des tensioactifs. Dans l'équipe de recherche coordonnée par Pia Lindberg, par exemple, nous essayons d'obtenir des énergies non fossiles en exploitant la photosynthèse naturelle réalisée par cyanobactéries génétiquement modifiées.

Normalement, les cyanobactéries utilisent la photosynthèse pour se développer, maisingénierie génétique peut les « convaincre » de faire quelque chose de complètement différent, comme produire du butanol.

"L'idée est de produire des produits chimiques et des carburants renouvelables à partir du dioxyde de carbone présent dans l'atmosphère en utilisant des micro-organismes.», explique Lindberg, «utiliser la photosynthèse directement dans des micro-organismes génétiquement modifiés où nous pouvons contrôler ce que le micro-organisme fait et produit ».

Le grand avantage de cette méthode, explique le professeur Lindberg, est que «utilise le dioxyde de carbone de l’atmosphère, ce qui signifie qu'il n'a pas besoin de sucre, mais utilise pleinement les propres processus du corps ».

Les derniers résultats de cet axe de recherche remontent à mai 2023, lorsque l'équipe de Lindberg a publié une étude démontrant que des cyanobactéries modifiées peuvent produire isoprène (a carburant synthétique durable parfait pour l'aviation), utilisant l'énergie solaire et le dioxyde de carbone présent dans l'air.

L'ambitieux projet de produire des carburants à zéro émission de CO2, qui implique des groupes de chercheurs du monde entier, est de plus en plus proche d’être une réalité.

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