Photosynthèse de l'hydrogene

Discussions traitant des diverses sources d'énergie ainsi que de leur efficacité.

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brieuclef
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Photosynthèse de l'hydrogene

Message par brieuclef » 05 juin 2006, 23:09

Bonjour,

J'ai assité vendredi dernier à une conférence très intéressante donnée par le professeur T. Melis, chercheur en enzymologie végétale de l'université de Berkeley, en Californie (je dois dire que Berkeley n'abrite pas que des bourrins, et que cette université peut s'enorgueillir d'une presque cinquantaine de prix Nobel).

Ces braves gens ont réussi à provoquer l'activation d'un processus photosynthétique naturel, connu depuis 60 ans mais jamais contraint au fonctionnement, qui consiste (pour les initiés, désolé :oops: ) à provoquer, via une Fe-hydrogénase, le retour des électrons sur les protons en sortie de la chaîne photosynthétique, plutôt que d'utiliser leur potentiel pour fabriquer des molécules plus complexes.

En résumé, la réaction globale est 2H2O + 2 photons (PSII et PSI) -> O2 + 2H2.

Le problème jusqu'ici insoluble est que les gènes de codage de la Fe-hydrogénase et la Fe-hydrogénase elle-même sont inactivés par l'oxygène issu de la photosynthèse au PSII.

Par contre, il existe un autre phénomène, qui est adverse pour la cellule photosynthétique, mais qui se retourne ici en faveur des chercheurs: l'oxygène produit par la photosynthèse au PSII peut oxyder et inactiver définitivement le pigment photosynthétique. La cellule s'en défend en remplaçant régulièrement les complexes protéinique du PSII.

Le génie de l'équipe de Berkeley a été de se dire que si c'est l'oxygène généré au PSII qui inhibe l'hydrogénase, pourquoi ne pas faire baisser le taux d'oxygène en limitant ou stoppant la remplacement des complexes du PSII?

C'est ce qu'il ont fait, en privant la cellule de sulphates, car il s'avère que le remplacement du complexe PSII est très gourmand en cystéine, un acide aminé soufré synthétisé dans la cellule. Plus de sulphate, plus de cystéine, plus de complexe PSII.

Et ce qu'il ont observé est presque magique: quelques heures après le scellement d'un flacon de culture d'algues unicellulaires, exposé à la lumière et en milieu désulphaté, le taux d'oxygène descend jusqu'à l'anaérobie dans le milieu, mais les algues continuent à respirer!

La raison en est qu'un cycle nouveau s'est activé, qui consiste pour les algues à utiliser immédiatement l'oxygène libéré au PSII pour leur respiration, en consommant en même temps leurs réserves d'amidon.

Autre phénomène magique: l'absence d'oxygène dans le noyau permet l'expression de la Fe-hydrogénase, et une partie non négligeable des électrons en phase de haute énergie issus de la chaîne photosynthétique se retrouvent combinés aux protons pour former de l'hydrogène.

Après seulement quelques heures, le flacon se remplit de petites bulles qui sont de l'hydrogène pur. Il ne reste "plus" qu'à récolter et traiter cet hydrogène.

La culture continue tant que les algues trouvent dans le milieu des réserves de nourriture, et tant que tous les PSII ne sont pas oxydés et inactifs. L'hydrogène est produit tant que le ratio photosynthèse/respiration reste <1.

Pour pallier à l'inconvénient du premier système qu'il ont testé (priver les algues de sulphates, ce qui veut dire laisser une "bouffée" de sulphate entrer de temps en temps pour permettre aux algues de régénérer leurs PSII, ce qui entraîne un chute de production d'hydrogène, puis une latence de 15 heures environ avant de recommencer à produire), ils ont sélectionné une souche d'algue ayant une pompe à sulphate déficiente. Cette souche est viable, et produit naturellement de l'hydrogène dans un milieu contenant du sulphate, car il en diffuse toujours assez pour permettre le remplacement partiel de complexe PSII, mais pas assez pour faire remonter le rapport PS/respiration au dessus de 1.

Avec cette souche, il semble (résultat préliminaire) qu'il suffise d'eau, d'amidon (ou un précurseur: l'acétate) et de lumière pour produire de l'hydrogène, plus d'autres matières organiques potentiellement utiles, comme des huiles, des vitamines, des protéines.

En clair: pourquoi se casser la nénette à réinventer ce que la nature sait faire depuis trois milliards d'années? Peut-être aurons-nous bientôt tous sur le toit de notre maison un gros boudin transparent rempli d'une eau verte à souhait, et duquel sortira l'hydrogène de nos besoins en électricité et en chaleur.

Pour le stockage, il y a diverses solution, dont les hydrures métallique (voir ici, par exemple: http://www.oleocene.org/phpBB2/viewtopic.php?t=2194).

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Dernière modification par brieuclef le 05 juin 2006, 23:27, modifié 2 fois.
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Re: Photosynthèse de l'hydrogene

Message par energy_isere » 05 juin 2006, 23:18

info interessante !

Bon, mais chez nous , quand est ce que les cerveaux de l' INRA s'y mettent ?

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Re: Photosynthèse de l'hydrogene

Message par mahiahi » 05 juin 2006, 23:19

brieuclef a écrit : En clair: pourquoi se casser la nénette à réinventer ce que la nature sait faire depuis trois milliards d'années? Peut-être aurons-nous bientôt tous sur le toit de notre maison un gros boudin transparent remplis d'une eau verte à souhait, et duquel sortira l'hydrogène de nos besoins en électricité et en chaleur.
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Message par brieuclef » 05 juin 2006, 23:24

bah, on pourrait peut-être demander aux algues de nous fabriquer directement du méthanol (mais là aussi faut pas fumer...)?

Quant à l'INRA, je ne crois pas que ce soit dans leurs priorités. En France, on a pas de pétrole, et y'a longtemps qu'on a plus d'idées (faut dire aussi que vu le salaire et les moyens d'un chercheur français débutant, on ne risque pas d'égaler Berkeley...)

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Message par energy_isere » 05 juin 2006, 23:36

l' INRA travaille bien dans la conversion biomasse to Liquids, alors pourquoi pas avec l 'H2 par photoshynthese ?

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Message par Glycogène » 05 juin 2006, 23:47

Bon, ça marche tant que la cellule consomme plus d'O2 qu'elle n'en produit, et l'O2 est utilisé pour oxyder de l'amidon.
Vu de l'extérieur, on a : sucre + eau + photon -> CO2 + H2
Faut voir le rendement de tout ça, pour comparer avec la transformation directe du sucre par du BTL (normalement les algues sont plus rentables car il y a l'apport de l'énergie solaire, mais le BTL donne du liquide et non du gaz).

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Message par Eric » 06 juin 2006, 11:59

Idée intéressante, c'est vrai. Ceci étant dit, j'ai également entendu parler de chercheurs désirant modifier génétiquement des microorganismes pour leur faire fabriquer directement de l'hydrogène et, là, je ne peux m'empêcher de penser :

[mode parano]

Si ces organismes étaient disséminés dans la nature, ne risqueraient t-ils pas de modifier la composition chimique de l'atmosphère ? La dernière fois que ça s'est produit, l'atmosphère a basculée du méthane à l'oxygène.

Naturellement, le plus gros de l'hydrogène se combinerait à l'oxygène pour redonner de l'eau. Bien sûr, on peut également se dire que, si la sélection naturelle n'a pas donné de végétaux produisant directement de l'hydrogène après plusieurs milliards d'années d'évolution, c'est qu'ils sont sans doute moins compétitifs et ne survivraient donc peut être pas à la compétition avec leurs cousins. Ceci étant dit, une partie de l'hydrogène finirait par s'échapper dans l'espace et on peut imaginer, après peut être quelques millions d'années, une évaporation prématurée des océans.

Ok, d'accord, on a pas mal de temps pour s'en soucier. Ceci dit, je serais plus rassuré si quelqu'un trouvait une faille dans mon raisonnement et me prouvait par A+B que c'est impossible... :-k

(je laisse aussi les discussions sur l'impact inconnu de la libération de grandes quantités d'hydrogène dans l'atmosphère (couche d'ozone, etc) à un autre post.

[/mode parano]

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Message par brieuclef » 06 juin 2006, 15:52

Bonjour,

Sans aller jusqu'à la parano, il est vrai que lâcher dans la nature des bibites qui pètent de l'hydrogène tous les jours, ce n'est pas une bonne idée.

Les souches sélectionnées par l'équipe du professeur Melis sont peu efficaces, puisque leur photosynthèse atrophiée les oblige à consommer des sucres trouvés dans l'environnement, au lieu de les fabriquer elles-même. Autrement dit, elle ne survivraient pas longtemps sans les soins de l'Homme qui les nourrit.

Par contre, si des organisme modifiés devenaient capables de photosynthétiser des sucres, et de libérer en même temps de l'hydrogène, il y aurait un risque. Mais rassurerez-vous: cela fait 60 ans que des chercheurs essayent d'activer la production de H2 en même temps que la photosynthèse, et ils n'y sont jamais arrivés. La raison en est, comme indiqué dans le premier message de ce fil, que c'est l'oxygène issu de la photosynthèse qui inactive et le gène, et ll'enzyme responsables de la production d'hydrogène. Autrement dit, il faudrait pour y parvenir, réussir à activer le gène de l'hydrogénase en présence d'O2, et à le modifier de telle sorte que l'hydrogénase produite soit elle-même insensible à l'O2. On y est pas encore, et même la nature n'a pas réussi à produire cela en 3 milliards d'années. Seule solution, le transgénique, en trouvant un gène d'une bactérie qui serait capable de produire en présence d'O2 de l'hydrogénase active en présence d'O2. Je ne sais pas si cela existe...

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Message par TDL » 08 juin 2006, 11:01

Bonjour,

En fait sur ce dossier la production et la récupération de l'hydrogène avance mais avance très lentement depuis plus de 20 ans.

Il y a aussi des labos qui travaillent sur la récupération directe de l'énergie electrique à l'intèrieur même des thylakoïdes avant la dissociation de la molécule d'eau au niveau des éléments de la chlorophylle A. Mais hélas ...

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Message par brieuclef » 08 juin 2006, 14:52

Bonjour,

C'est vrai que les progrès sont parfois lents, mais la voie est prometteuse. Comme je l'ai dit plus haut, cette voie métabolique est connue depuis environ 60 ans, mais jamais personne n'avait réellement réussi à l'activer de manière fiable, reproductible et intense. Les recherches du groupe de Melis ont fait faire un pas à ce domaine, en prouvant qu'il était possible de faire produire de l'hydrogène en quantité importante aux algues, et surtout en donnant une explication au phénomène. Ce n'est plus une observation empirique de conditions dans lesquelles on obtient de l'H2, mais bien une expérience construite et vérifiée, et aussi reproduite plus de 50 fois dans le laboratoire.

Ils ont aussi construit un réacteur expérimental sur le parking du labo, et obtenu en quelques heures des quantités macroscopiques d'H2 avec quelques centaines de grammes d'algues en culture (plusieurs litres de H2 gazeux).

Leur simulation du métabolisme cellulaire montre que, à l'heure actuelle, seulement 5 à 10% de la capacité théorique de production de H2 est obtenue. Sera-t-il possible d'aller plus loin facilement? L'avenir nous le dira, et ils y travaillent.

Je sais, il ne faut pas crier victoire, et l'expérience prouve que c'est souvent quand on dit "On y est, encore un effort et dans un an le domaine est connu et maîtrisé à 100%" que des complication insurmontables surgissent (voir l'unification des théories de la physique, ou encore la lutte scontre le SIDA ou contre le paludisme). Mais il faut bien placer nos billes partout, parce que sinon, on aura rien quand le pétrole aura disparu.

Brieuc
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Message par energy_isere » 15 févr. 2007, 15:24

Hydrogène : le même principe que la photosynthèse

Dans le mécanisme de photosynthèse, les plantes parviennent à casser les molécules d’eau pour créer de l’hydrogène, de l’oxygène, des protons et des électrons en utilisant simplement la lumière du soleil.

Si on connaissait la molécule à l’œuvre dans cette photolyse – en l’occurrence Mn4Ca (4 atomes de manganèse pour un atome de Calcium) –, il avait été impossible jusqu’ici d’en déterminer la structure parce que les outils de mesure n’étaient pas assez précis. Une récente tentative menée avec la technologie de la diffractométrie de rayons X à une résolution de 3.0-Ångstrom avait échoué à identifier précisément la position exacte des atomes de manganèse et de calcium.

Une équipe internationale de chercheurs pilotée par Junko Yano et Vittal Yachandra du Lawrence Berkeley National Laboratory est parvenue à détailler cette molécule. L’espoir est évidemment de pouvoir la synthétiser, ce qui permettrait une maîtrise de la photolyse de l’eau et par conséquent la mise en place d’un moyen de production d’hydrogène sans doute moins coûteux que l’électrolyse actuelle.

enerzine

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Re:

Message par energy_isere » 20 avr. 2010, 13:59

Un virus modifié pour extraire l'hydrogène de l'eau

Une équipe de chercheurs du MIT a réussi à imiter le processus de photosynthèse des plantes qui est en mesure de décomposer l'eau d'une part et de provoquer les réactions chimiques qui restent nécessaires à leur croissance d'autre part.
Pour y parvenir, l'équipe a utilisé un virus modifié rassemblant tous les composants nanométriques nécessaires à la séparation des atomes d'hydrogène et d'oxygène, rien qu'en utilisant la lumière du soleil.

La décomposition de l'eau reste l'un des moyens pour résoudre le problème fondamental de l'énergie solaire. En effet, "cette source devient disponible lorsque le soleil brille". En utilisant la lumière du soleil pour extraire l'hydrogène de l'eau, ce dernier pourra être stocké et utilisé à tout moment pour produire de l'électricité grâce notamment aux piles à combustible, ou aux carburants liquides directement exploitables par les véhicules motorisés.

L'équipe, dirigée par Angela Belcher, a conçu un virus "inoffensif" appelé M13 en mesure d'attirer et de se lier avec les molécules d'un catalyseur (l'équipe a utilisé de l'oxyde d'iridium) et d'un pigment biologique, du porphyrines de zinc.
............
http://www.enerzine.com/603/9561+un-vir ... leau+.html

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Re: Re:

Message par energy_isere » 17 sept. 2011, 11:55

Il y en a toujours qui continuent les recherches sur la photoshyntése artificielle.

lire cet article : http://energie.lexpansion.com/energies- ... -6412.html
Énergie propre : l'espoir de la photosynthèse artificielle

14 septembre 2011


La photosynthèse artificielle pourrait devenir, si elle est maîtrisée, une source considérable d'énergie propre, par le biais de la production d'hydrogène. Plusieurs centres de recherches ont annoncé dernièrement des avancées majeures.

.........

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Re: Photosynthèse de l'hydrogene

Message par mahiahi » 20 sept. 2011, 21:47

Il faut plus que la maîtriser : il faut un rendement élevé
C'est quand tout semble perdu qu'il ne faut douter de rien
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[Hydrogène] Hydrogène et piles à combustible

Message par Alter Egaux » 11 oct. 2011, 08:02

Une feuille artificielle reproduit la photosynthèse pour créer de l'énergie

Des chercheurs américains ont créé une feuille artificielle capable de transformer la lumière du soleil directement en énergie pouvant être stockée pour être utilisée ultérieurement, selon leurs travaux publiés vendredi dans la revue américaine Science.

Cette feuille -- une cellule solaire en silice avec différent matériaux catalytiques attachés sur les deux côtés-- ne nécessite aucun branchement externe ni de circuit de contrôle pour la faire fonctionner, expliquent-ils.

Il suffit de placer cette feuille dans un récipient rempli d'eau et exposé à la lumière du soleil, précise Daniel Nocera, professeur au Massachusetts Institute of Technology (MIT), le principal auteur de cette communication datée du 30 septembre.

La feuille commence alors rapidement à produire des flots de bulles d'oxygène sur un côté et d'hydrogène sur l'autre.

Si cette feuille est mise dans un conteneur avec une paroi séparant ses deux faces, les bulles produites peuvent alors être récupérées et stockées pour être utilisées ensuite afin de produire de l'électricité.

Ainsi, en plaçant les bulles d'oxygène et d'hydrogène dans une pile à combustible elles se combinent de nouveau en eau tout en produisant de l'électricité dans ce processus, explique le professeur Nocera.

Cette feuille est entièrement composée de matériaux abondants et bon marché comme surtout la silice, le cobalt et le nickel et fonctionne dans de l'eau ordinaire, précise-t-il.

Les autres systèmes pouvant utiliser la lumière du soleil pour séparer l'oxygène de l'hydrogène formant l'eau utilisaient des solutions corrosives ou des matériaux assez rares et chers, tel le platine.

Cette dernière feuille artificielle consiste en une couche fine de semi-conducteurs en silice, le matériau utilisé dans la fabrication de la plupart des cellules solaires.

Ces semi-conducteurs transforment l'énergie solaire en un flot continu d'électricité sans fil à l'intérieur de la feuille.

Une couche de cobalt comme catalyseur qui libère l'oxygène un carburant potentiel.

L'autre face de la feuille de silice est recouverte d'une couche d'un alliage de nickel, de molybdène et de zinc qui permet de libérer l'hydrogène des molécules d'eau.

"Je pense qu'il va y avoir un vrai potentiel pour cette idée", juge, confiant le professeur Nocera.

"On ne peut pas être plus portable que cela", poursuit-il soulignant que ce système n'a pas besoin de fil, est très léger et ne requiert pas beaucoup d'équipement supplémentaire autre qu'un système pour capturer et conserver les bulles d'oxygène et d'hydrogène", explique ce chercheur.

"Il s'agit seulement de jeter la feuille artificielle dans un verre d'eau et l'oxygène et l'hydrogène commencent à émerger", insiste-t-il.

Toutefois ce nouveau système n'est pas encore prêt pour la production commerciale, puisque le système de collecte et de stockage notamment reste à développer, relève le professeur Nocera.

La création de cette feuille artificielle "est un pas" mais qui "va dans dans la bonne direction", conclut-il.
http://www.liberation.fr/depeches/01012 ... ielle-repr…
Etape n°1 : Les africains nomment le pétrole : la "merde" du diable.
Etape n°2 : Restons cool, le PO arrive...
Etape n°3 : "Mais à cet endroit, en ce moment, l'humanité, c'est nous, que cela nous plaise ou non", Samuel Beckett

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