Du biocarburant hydrogène à partir de la lumière du soleil
La lumière du soleil peut constituer une source d'énergie potentielle pour la production d'hydrogène par dissociation de l'eau en ses éléments constituants par photosynthèse artificielle. Des chercheurs européens ont suivi une nouvelle approche intégrant des nanomatériaux semi-conducteurs avec des enzymes biologiques catalytiquement actifs pour réduire les protons en hydrogène dans un électrolyte aqueux exposé à la lumière du soleil. L'objectif initial du projet 1DH2OP (Coupling of one-dimensional TiO2 with hydrogenase: simultaneous visible-light driven H2 production and treatment of an organic pollutant) était de faire progresser l'utilisation des matériaux enzyme-électrode. Cela était basé sur deux enzymes, le complexe photosystème II (PSII) pour l'oxydation des molécules d'eau et l'hydrogénase pour la réduction des protons. Le second objectif du projet était de développer une stratégie pour immobiliser l'hydrogénase sur une photocathode p-Si pour la production d'hydrogène, permettant le développement d'une cellule photoélectrochimique en tandem basée sur une enzyme. Cela a permis de développer un système photocatalytique sans assistance pour la dissociation des molécules d'eau à l'aide de la lumière du soleil. Par ailleurs, les chercheurs ont étudié deux processus simultanés pour la production d'hydrogène (H2) et la réduction du dioxyde de carbone (CO2) via un complexe formiate hydrogène lyase bactérien. Ces développements ont abouti à la conception de nouveaux systèmes biomimétiques artificiels pour des applications de bioénergie. Les partenaires du projet ont réussi à assembler la cellule photoélectrochimique bio-hybride à base d'enzyme, des photocathodes à base d'enzyme et des processus enzymatiques avec production de H2 et réduction de CO2 simultanées. Cela a montré la polyvalence des enzymes biologiques lorsqu'elles sont couplées avec des matériaux inorganiques et semi-conducteurs. Le couplage direct de (PSII) à l'hydrogénase s'est avéré être une voie efficace pour la production photobiologique de H2. Les progrès réalisés sur l'interface PSII photoanode devraient également améliorer les rendements de conversion lumière-produit. Le dioxyde de titane (TiO2) a été utilisé comme couche protectrice et couche d'interface efficace pour l'immobilisation de l'hydrogénase. Il a également fourni une plateforme viable pour lier l'enzyme à un semi-conducteur type P afin d'effectuer une réduction de protons par la lumière dans les réactions catalytiques. Des améliorations supplémentaires pourraient être apportées à la couche d'interface en appliquant une fine couche de TiO2 à l'aide de la méthode de dépôt de couche atomique. Le travail conduit dans le cadre du projet 1DH2OP sur le formiate hydrogène lyase a permis de faire la démonstration d'un système remarquable dans lequel les enzymes peuvent réagir pour effectuer une production de H2 et une réduction de CO2 dans un même complexe. Ainsi, le système biomimétique développé peut être utilisé pour la production de biocarburant H2. Cela aidera à développer la compétitivité de l'Espace européen de la recherche dans le domaine des énergies renouvelables et de la lutte contre le changement climatique.
Mots‑clés
Énergie solaire, nanomatériaux semi-conducteurs, 1DH2OP, photosystème II, hydrogénase, photocathode p-Si, cellule photoélectrochimique, photocathode, photoanode formiate hydrogène lyase, dioxyde de titane
