Une équipe de scientifiques
de l'Université d'Etat de Pennsylvanie conduite par le professeur
en ingénierie électrique Craig Grimes vient d'expérimenter
avec succès une méthode permettant d'obtenir du méthane
à partir du gaz carbonique et d'eau en utilisant l'énergie
solaire.
Les chercheurs, dont les résultats
sont publiés dans la revue Nano Letters, ont utilisé des
nanotubes creux en dioxyde de titane de 135 nanomètres de diamètre
et d'un millimètre de longueur, fonctionnant comme des catalyseurs.
Le principe n'est pas nouveau, mais l'équipe a réussi à
réduire d'un facteur 20 le temps nécessaire à la réaction
par rapport aux expériences précédentes, cela grâce
à une chimie qualifiée d'intelligente.
Pour cela, ils ont ajouté un peu d'azote
à leurs nanotubes et en ont recouvert la surface de cuivre et de
platine. Sans ce dopage, les nanotubes de titane sont déjà
d'excellents catalyseurs, mais seulement sous l'action de lumière
ultraviolette. L'ajout d'azote et de cuivre produit un décalage
de la sensibilité vers la lumière visible, tandis que le
cuivre associé au platine accélère la réaction.
La catalyse se produit aussi bien sur l'enveloppe
qu'à l'intérieur des nanotubes, auxquels la faible épaisseur
des parois, de 20 nanomètres seulement, confère un volume
relativement important.
Réaction en chaîne
Dans leur expérience, les chercheurs
ont rempli des tubes en acier d'air et de vapeur d'eau, leurs extrémités
étant recouvertes d'un film constitué de ces nanotubes. Par-dessus,
un hublot de quartz laissait passer la lumière. Ces chambres ont
ensuite été exposées à l'extérieur de
juillet à septembre 2008. |
Lorsque la lumière frappe les nanotubes,
ceux-ci libèrent des particules chargées qui coupent en deux
les molécules d'eau, comme dans une électrolyse, libérant
des radicaux hydroxyles (OH-) et des ions d'hydrogène (H+). Ces
derniers se combinent pour former de l'hydrogène gazeux (H2).
Les chercheurs n'expliquent pas encore ce qui se produit ensuite, mais
pensent que le dioxyde de carbone (CO2) contenu dans l'air se
divise également en oxygène et en monoxyde de carbone (CO),
lequel réagit avec l'hydrogène gazeux en donnant du méthane
(CH4) et de l'eau (H2O).
Des possibilités intéressantes
Même si d'autres procédés
sont déjà commercialement disponibles et si le rendement
de ces nanotubes reste bien peu élevé, Craig Grimes reste
confiant. Il affirme qu'un mètre carré de film constitué
des nanotubes actuels sur lequel serait concentrée la lumière
du Soleil pourrait fournir 500 litres de méthane en huit heures.
Même si la réaction de catalyse est encore relativement lente,
le chercheur estime que de nouvelles améliorations pourront encore
amplifier les taux de conversion d'un facteur de plusieurs milliers. «Je
crois que ce procédé peut être commercialement viable
en l'associant à une importante source de dioxyde de carbone, comme
une centrale au charbon», conclut Grimes.
Chambres contenant les nanotubes exposées sur le campus de
l'Université de Pennsylvanie.
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