Des chercheurs américains annoncent le développement d’une nouvelle molécule capable de piéger de l’énergie solaire et de la libérer sous forme de chaleur à la demande. Cette molécule appelée pyrimidone ressemble à un composant de l’ADN. Exposée aux rayons UV, elle peut subir des modifications structurales réversibles. Avec cette innovation, il n’y aurait plus besoin de batteries encombrantes ni de réseau électrique.
Aujourd’hui, le chauffage représente près de la moitié de la consommation énergétique mondiale. Deux tiers de cette demande reposent encore sur la combustion d’énergies fossiles, telles que le gaz naturel, le bois et le fioul. Comme alternative verte à ces produits polluants, on a l’électricité issue du solaire, qu’on sait stocker dans des batteries lithium-ion. Cependant, cette énergie renouvelable a un talon d’Achille : lorsque le soleil se couche, les panneaux cessent de fonctionner. Aussi, nous sommes encore loin de pouvoir stocker efficacement la chaleur solaire pendant des semaines, voire des mois, sans déperdition, pour la restituer quand le besoin se fait sentir.
Le MOST n’a pas encore fait ses preuves dans le captage de l’énergie solaire
Depuis plusieurs années, les scientifiques étudient une approche appelée stockage d’énergie solaire thermique moléculaire (MOST). Cette technique doit permettre de capter l’énergie dans les liaisons d’une molécule capable de la libérer ultérieurement à la demande. Cependant, elle n’a jamais vraiment décollé. Mais des chercheurs de l’université de Californie à Santa Barbara annoncent la mise au point d’un nouveau matériau qui capte la lumière du soleil, la stocke dans des liaisons chimiques pendant trois ans sans dégradation notable, et la restitue sous forme de chaleur à la demande.
La pyrimidone, une molécule inspirée de l’ADN qui va aider à stocker de l’énergie solaire plus efficacement
Baptisée la pyrimidone, cette molécule s’inspire de l’ADN qui, exposé aux rayons ultraviolets (UV), peut subir des modifications structurales réversibles. En effet, notre organisme répare les lésions infligées par les rayons UV grâce à une enzyme spécialisée appelée photolyase. Les chercheurs américains ont détourné ce mécanisme naturel de dégradation pour en faire un système de stockage énergétique. « Pensez aux lunettes de soleil photochromiques. À l’intérieur, les verres sont transparents. Dès que vous sortez au soleil, ils s’assombrissent. En rentrant, ils redeviennent transparents. C’est ce type de changement réversible qui nous intéresse. », explique de façon imagée Han P. Nguyen, chimiste à l’Université de Californie à Santa Barbara et co-auteur principal des travaux.
Un principe reproduit pour stocker de l’énergie solaire
Les chercheurs ont donc exploité ce processus. Mais, au lieu de changer de couleur, ils ont utilisé ce principe pour stocker de l’énergie solaire, la libérer au besoin et réutiliser le matériau indéfiniment. Pour concevoir la pyrimidone, ils ont synthétisé un dérivé de la 2-pyrimidone, une molécule apparentée à la thymine présente dans l’ADN. Les chimistes américains ont modifié cette structure pour qu’elle fonctionne comme un ressort mécanique à l’échelle moléculaire. Exposée à la lumière ultraviolette, elle se plie dans un état de haute énergie, piégeant l’énergie solaire dans ses liaisons chimiques. La molécule reste dans cette position jusqu’à ce qu’un déclencheur – chaleur ou catalyseur – la pousse à se déplier, libérant alors l’énergie stockée sous forme de chaleur.
Un carburant réutilisable, rechargeable et recyclable
Selon les chercheurs américains, la nouvelle molécule affiche une densité énergétique de plus de 1,6 mégajoule par kilogramme. C’est environ le double de la densité énergétique d’une batterie lithium-ion standard (environ 0,9 MJ/kg). Mais elle reste largement inférieure à celle du fioul domestique (40 MJ/kg), couramment utilisé pour le chauffage. Par contre, la pyrimidone a plusieurs avantages. Elle ne brûle pas comme le fioul, et surtout c’est un carburant réutilisable, rechargeable et recyclable. Ce qui s’avère un atout majeur à l’heure de la transition énergétique.
Cette molécule ouvre la voie à des applications concrètes
En laboratoire, les chercheurs ont démontré que la chaleur dégagée par le matériau pouvait faire bouillir de l’eau, un exploit jusqu’alors difficilement réalisable. « Faire bouillir de l’eau est un processus énergivore. Le faire dans des conditions ambiantes est une grande réussite. », a déclaré M. Nguyen. Il ajoute que cette molécule est également soluble dans l’eau. Autant de propriétés qui ouvrent la voie à des applications concrètes. On pourrait par exemple la faire circuler dans des capteurs solaires en toiture pendant la journée, stocker l’énergie dans des réservoirs et la libérer la nuit. De plus, cette solution ne nécessite ni batteries encombrantes ni réseau électrique, surpassant ainsi les batteries lithium-ion.
