Percée scientifique : le doctorant Yitzhak Grinberg et le Dr. Oren Ben-Zvi, sous la direction du Prof. Iftach Yacoby de l'École des sciences végétales et de la sécurité alimentaire de l’Université de Tel-Aviv, ont mis au point une nouvelle méthode de production d'hydrogène « vert » (hydrogène produit sans pollution de l'air) à haut rendement, au moyen d’un catalyseur biologique. La percée fournit un premier espoir pour la production massive d'hydrogène vert, qui réduira drastiquement les émissions de carbone de l'humanité.
Les résultats prometteurs de l’étude, réalisée en collaboration avec le Prof. Lihi Adler-Abramovich de l'École de médecine dentaire et du Centre de nanosciences de l’Université de Tel-Aviv, ont été publiés dans la prestigieuse revue scientifique Carbon Energy.
L'hydrogène est une matière première nécessaire à la fois à l'agriculture et à l'industrie. Cependant, 95 % de l'hydrogène produit dans le monde aujourd'hui est de l'hydrogène dit « noir » ou « gris », fabriqué à partir de charbon ou de gaz naturel et émettant 9 à 12 tonnes de dioxyde de carbone par tonne d'hydrogène. Or la production d'hydrogène « vert » non polluant et réalisée aujourd’hui principalement au moyen d’un procédé qui nécessite l'utilisation de métaux précieux et rares et la distillation de l'eau, ce qui rend l'hydrogène « vert » jusqu'à 15 fois plus couteux que l’hydrogène polluant habituel.
Une efficacité de plus de 90%
« L'hydrogène est très rare dans l'atmosphère », explique Yitzhak Grinberg, « Il est produit par des enzymes se trouvant dans des micro-organismes, qui reçoivent l'énergie nécessaire à partir du processus de photosynthèse. En laboratoire, nous « électrisons » ces enzymes, c'est-à-dire que nous remplaçons le soleil par une électrode qui fournit l'énergie. Le résultat est un processus efficace, dans des conditions simples. Cependant, l'enzyme a tendance à « s'enfuire » de la charge électrique et doit être maintenu en place par un traitement chimique. Nous avons trouvé un moyen facile et efficace de fixer l'enzyme à l'électrode et pour l’exploiter ».
Dans ce but, les chercheurs ont utilisé un hydrogel (gel à base d'eau) pour connecter l'électrode à l'enzyme. Ils ont ainsi pu produire de l'hydrogène vert à l'aide d'un catalyseur biologique, avec une efficacité de plus de 90 %. C’est-à-dire que plus de 90% des électrons introduits dans le système sont restés dans l'hydrogène.
« Le matériau du gel lui-même est connu : notre innovation consiste dans son utilisation pour produire de l'hydrogène », explique le Prof. Yiftach Yacovi. « Nous avons trempé l'électrode dans ce gel, qui contenait une enzyme de production d'hydrogène appelée hydrogénase. Le gel retient l'enzyme pendant longtemps, même sous tension électrique, ce qui permet de produire de l'hydrogène à un rendement élevé et dans des conditions environnementales qui sont favorables à l'enzyme, c'est-à-dire également dans de l'eau salée, contrairement à l'électrolyse qui nécessite de l'eau distillée. Le Prof. Lihi Adler-Abramovich ajoute : « Un autre avantage de notre méthode est que le gel s'assemble de lui-même : il suffit de mettre le matériau dans l'eau et il s’auto-assemble, c'est-à-dire qu'il s'organise en fibres nanométriques qui forment le gel. Nous avons montré que ces fibres sont capables de coller l'enzyme à l'électrode. Nous avons testé le gel sur deux autres enzymes, en plus de l'hydrogénase, et avons prouvé qu'il est capable de coller différentes enzymes à l'électrode ».
« Aujourd'hui, la production d'hydrogène 'vert' se fait principalement par électrolyse, procédé qui nécessite des métaux précieux et rares comme le platine en plus de la distillation de l'eau, ce qui rend l'hydrogène 'vert' jusqu'à 15 fois plus cher que l’hydrogène pollutant « gris ». Nous espérons qu'à l'avenir, il sera possible de tirer parti de notre méthode sur le plan commercial, de réduire les coûts et de passer à l'utilisation d'hydrogène « vert », à la fois dans l'industrie, dans l'agriculture et comme source d'énergie propre », conclut le Dr. Oren Ben-Zvi.
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L'équipe de recherche (Crédit: Université de Tel-Aviv)
