Un biocatalyseur sans platine pour du dihydrogène vert

Les piles à combustible qui convertissent le dihydrogène en électricité, ou les électrolyseurs capables de produire du dihydrogène par dissociation de l’eau à l’aide de l’électricité, utilisent du platine, métal rare et cher, qui joue le rôle de catalyseur. Les enzymes appelées « hydrogénases » catalysent également ces deux réactions très rapidement et presque sans perte d’énergie mais utilisent des métaux non nobles. D’où l’idée des scientifiques du Laboratoire de bioénergétique et ingénierie des protéines (CNRS/Aix-Marseille Université) et de l’Université technique de Munich de connecter ces hydrogénases à des électrodes en les incorporant dans des « polymères redox » qui permettent la circulation des électrons et la connexion électrique entre l'enzyme et l'électrode. Inconvénient habituel de ce type de dispositif : le polymère rédox oppose une résistance au flux d'électrons, ce qui rend le système inefficace d'un point de vue énergétique.

En ajustant les propriétés de ces polymères, les scientifiques ont montré que le système pouvait parfaitement catalyser la réaction dans les deux directions, sans perte d'énergie.

Les scientifiques ont ainsi réalisé une pile à combustible où l’oxygène est réduit par l’enzyme bilirubine oxydase de la bactérie Myrothecium verrucaria, tandis que l’hydrogénase de la bactérie Desulfovibrio desulfuricans incorporée dans le film de polymère oxyde l’hydrogène. Le système peut aussi fonctionner efficacement dans la direction opposée, pour la production de H₂ par électrolyse de l'eau.

Les recherches visent maintenant à accroître la stabilité des hydrogénases incorporées pour qu’elles puissent supporter des densités de courant plus élevées et concurrencer sérieusement les systèmes employant actuellement des catalyseurs à base de platine. Des résultats qui pourraient être utiles pour la mise en œuvre d’autres catalyseurs fragiles comme les enzymes réduisant le CO₂ pour produire des carburants liquides ou des produits chimiques à valeur ajoutée à partir de ressources renouvelables. Ces résultats sont publiés dans la revue Nature Catalysis.

Rédacteur : CCdM