SOLBIOPEC — Valorisation solaire inasistée de la biomasse dans un dispositif photoélectrochimique

Dans le contexte de l'électrification et de la décarbonisation de l'industrie chimique, ce projet vise à étendre le champ d'application des processus photoélectrochimiques aux chaînes de valorisation de la biomasse. En effet, des dispositifs photoélectrochimiques solaires décentralisés pourraient être facilement intégrés dans des bioraffineries de taille moyenne traitant des sources locales de biomasse. Pour démontrer la faisabilité de cette approche, SOLBIOPEC vise la conception et l'assemblage d'une cellule photoélectrochimique capable de valoriser les molécules furaniques issues de la biomasse (furfural, 5-hydroxyméthylfurfural) en biocarburants ou en précurseurs pour l'industrie chimique (méthylfurane, alcool furfurylique, acide furandicarboxylique) sous illumination solaire simulée. Pour obtenir des performances élevées, des photocathodes seront préparées à partir d'absorbeurs de haute qualité, impliquant la croissance épitaxiale de semi-conducteurs III-V protégés par une couche d'oxyde épitaxiale, tandis que des photoanodes BiVO4/WO3 de dernière génération compléteront le dispositif. Ces photoélectrodes seront décorées avec des électrocatalyseurs garantissant des vitesses de réaction et une sélectivité élevées à leur surface. La photoanode et la photocathode les plus performantes seront connectées en série pour former une cellule photoélectrochimique fonctionnelle avec une surface active de 20 cm². Afin de rationaliser et d'optimiser les performances des photoélectrodes, des techniques avancées de spectroscopie operando seront utilisées en laboratoire et dans les installations synchrotron pour étudier les interactions lumière-matière, les processus de transfert de charge et les voies de dégradation dans les conditions d'utilisation. Le projet sera réalisé par un consortium d'experts en croissance épitaxiale (CNRS INL), en caractérisation photoélectrochimique operando (CEA SPEC) et en caractérisation et test de dispositifs photoélectrochimiques (CNRS IRCELYON).