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Produire du méthane à l’aide du Soleil !

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Jean Etienne, Futura

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De l'air, du soleil et des nanotubes : voilà ce qu'il faut pour transformer sans énergie supplémentaire du gaz carbonique en méthane, réutilisable de multiples manières. Expérimentalement, le procédé fonctionne.

Chambres contenant les nanotubes exposées sur le campus de l'Université de Pennsylvanie. Crédit Univ. de Pennsylvanie

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.

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