Les plantes obtiennent leur énergie d’une manière très différente de la façon dont les gens obtiennent de l’énergie. Quand un humain a besoin d’énergie, il mange de la nourriture. Lorsqu’une plante a besoin d’énergie, elle utilise le processus de photosynthèse pour absorber le dioxyde de carbone de l’environnement et utilise la lumière du soleil pour le convertir en sucres, qui est le type d’énergie dont elle a besoin pour continuer à vivre. Les scientifiques ont travaillé pour reproduire le processus de la photosynthèse, en essayant d’exploiter l’énergie du soleil d’une manière nouvelle, efficace et écologique, et la recherche sur la photosynthèse artificielle a donné des résultats intéressants.
La capacité de produire une photosynthèse artificielle a été annoncée pour la première fois en 2000, bien que la recherche ait été au stade de la planification avant cette date. Les chercheurs se sont appuyés sur l’effet Honda-Fujishima, qui a été découvert en 1953 et utilise le dioxyde de titane comme photocatalyseur. Un photocatalyseur accélère les processus liés à la lumière et, dans ce cas, à l’énergie.
En raison de l’intérêt scientifique et commercial pour la photosynthèse artificielle et du désir de nouveaux produits potentiels qui pourraient en découler, le domaine de recherche s’est scindé en deux parties. Cela a produit deux résultats différents : des cellules photoélectrochimiques et des cellules solaires à colorant. Chaque cellule fonctionne sur des principes différents mais tente d’obtenir le même résultat : une énergie photosynthétique artificielle qui peut être exploitée et stockée pour une utilisation ultérieure, ce qui réduirait la dépendance du monde aux sources d’énergie non renouvelables.
Les cellules photoélectrochimiques, également appelées PEC, utilisent le courant électrique de l’eau pour créer de l’hydrogène et de l’oxygène dans un processus appelé électrolyse. L’électricité peut alors être stockée dans l’hydrogène, qui est un vecteur d’énergie, et l’énergie peut être utilisée plus tard, comme dans les batteries. Il existe deux types de PEC, l’un qui utilise des surfaces semi-conductrices pour absorber l’énergie solaire et aider à diviser les molécules d’eau pour la consommation d’énergie. L’autre variété utilise des métaux dissous pour puiser l’énergie solaire et démarrer le processus de photosynthèse artificielle. Les catalyseurs métalliques les plus courants pour ce type de réaction sont le cobalt et le rhodium. Des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont découvert que ces métaux étaient les plus efficaces pour ce type de travail.
L’autre type de cellule à l’étude, la cellule solaire à colorant, est parfois appelée cellule Gratzel ou cellule Graetzel. Comme les PEC, les cellules de photosynthèse artificielle sensibilisées aux colorants utilisent un semi-conducteur pour collecter de l’énergie, généralement du silicium. Dans les cellules à colorant, le semi-conducteur est utilisé pour transporter l’énergie collectée, et les photoélectrons, ou particules d’énergie, sont séparés et exploités à l’aide de colorants spéciaux. Les cellules Gratzel sont considérées comme la forme la plus efficace de photosynthèse artificielle actuellement disponible, ainsi que la plus rentable à fabriquer. Les inconvénients sont principalement dus aux problèmes de température liés aux colorants liquides, car ceux-ci peuvent geler à des températures plus basses et cesser la production d’énergie, et se dilater à des températures plus élevées et se briser.
Des recherches sont toujours en cours dans le domaine de la photosynthèse artificielle, en particulier dans le but de trouver de meilleurs catalyseurs et mécanismes de transport d’énergie. Bien qu’ils ne soient pas la forme de production d’énergie la plus efficace disponible, ils suscitent toujours un grand intérêt en raison de leur rendement potentiel élevé, de leur faible coût de fabrication et de leurs implications possibles pour l’environnement. Si la photosynthèse artificielle pouvait être rendue accessible et fiable, la dépendance mondiale vis-à-vis des combustibles fossiles non renouvelables pourrait être considérablement réduite.