Énergie solaire bio-inspirée
Exploitée par les plantes pour transformer l’énergie solaire en carburant, la photosynthèse s’est perfectionnée au fil de milliards d’années d’évolution. Le programme Énergie solaire bio-inspirée tire des leçons de la biologie afin de créer de meilleures méthodes de captage, de transport et de stockage de l’énergie solaire.
POINTS FORTS DE LA RECHERCHE ET DE L’IMPACT SOCIÉTAL
Une cuve à circulation inspirée des systèmes naturels
Le membre Christopher Chang (Université de la Californie à Berkeley) et le coresponsable du programme Curtis Berlinguette (Université de la Colombie-Britannique) ont réalisé un projet financé par des fonds Catalyseur du CIFAR qui s’est inspiré des capacités photosynthétiques de la feuille. Leurs équipes ont mis au point un système artificiel qui imite les principes de ce système naturel pour fabriquer des produits à valeur ajoutée à base de carbone, à partir de CO2.
Améliorer la sélectivité des produits lors de la conversion du CO2 en sous-produits utiles
L’un des défis en suspens pour boucler la boucle d’une économie énergétique carboneutre est la conversion efficace du CO2 en carburants et en produits chimiques, en alimentant la réaction à l’aide d’électricité provenant de ressources renouvelables. Comme le CO2 est une molécule très stable, ce processus requiert un catalyseur pour atteindre une vitesse utile. Jusqu’à présent, la plupart des catalyseurs ne sont pas sélectifs, ce qui signifie qu’ils produisent un certain nombre de produits chimiques différents à partir du CO2. Le membre Thomas Mallouk (Université de la Pennsylvanie) a conçu des membranes qui gèrent le flux d’ions dans les électrolyseurs de CO2 et contrôlent le microenvironnement local à la surface du catalyseur. Ces membranes permettent une meilleure sélectivité dans la conversion du CO2 en produits chimiques et carburants utiles.
Associer le captage et l’utilisation du dioxyde de carbone grâce à la nature
Curtis Berlinguette (Université de la Colombie-Britannique), coresponsable du programme, et Shaffiq Jaffer (Total American Services), spécialiste-conseil, ont travaillé avec des partenaires sectoriels pour concevoir avec succès un système d’électrolyse capable d’exploiter l’enzyme anhydrase carbonique pour catalyser la capture du dioxyde de carbone (CO2) dans des solutions liquides de bicarbonate. En utilisant ces solutions contenant des enzymes, il est possible de contourner les étapes de récupération du CO2 à forte intensité énergétique qui sont souvent nécessaires pour convertir le CO2 en produits à valeur ajoutée, et créer une voie permettant de réduire les concentrations atmosphériques de CO2.
Créer de nouvelles connaissances sur l’utilisation du CO2 par les bactéries
L’enzyme monoxyde de carbone déshydrogénase (CODH) qui catalyse l’oxydation réversible du monoxyde de carbone (CO) en CO2 a suscité de l’intérêt en tant que catalyseur éventuel de bioremédiation et de production de biocarburants. Cependant, les scientifiques comprennent mal la façon dont les enzymes CODH captent ces gaz et les dirigent vers leurs sites actifs. Un groupe dirigé par Catherine Drennan (Institut médical Howard Hughes, MIT),
membre du CIFAR, a déterminé la structure cristalline d’une CODH bactérienne pressurisée au xénon afin de mieux comprendre comment le CO est acheminé vers les sites actifs de la CODH. L’équipe a découvert que cette enzyme bactérienne possède un canal supplémentaire qui n’avait jamais été observé. Ces résultats pourraient conduire à de nouvelles approches dans les systèmes synthétiques d’utilisation du CO2.
Voie menant à l’impact social
Nous invitons les experts au sein de l’industrie, de la société civile, des soins de santé et du gouvernement à se joindre aux boursiers de notre programme Énergie solaire bioinspirée pour participer à de profondes discussions intersectorielles qui favorisent le changement et l’innovation.
Les experts de laboratoires industriels et gouvernementaux et les boursiers du CIFAR au sein du programme Énergie solaire bioinspirée mettent au point des électrolyseurs de dioxyde de carbone à haut rendement qui peuvent atténuer les changements climatiques.
Axes prioritaires :
- Comprendre les processus chimiques et les besoins en matière d’équipement pour produire des matières premières chimiques à partir de dioxyde de carbone
- Mettre au point des électrolyseurs de dioxyde de carbone évolutifs, stables et à haut rendement
Fondation
2014
Dates de renouvellement
2020
Partenaires de recherche
Génome Canada, Ontario Genomics
Bienfaiteurs
Fondation Arthur J.E. Child, Fondation de la famille Chisholm Thomson, Fondation caritative George Cedric Metcalf, Gerald Heffernan, Groupe McLean, Fondation familiale Trottier
Collaborations interdisciplinaires
Chimie
Science des matériaux
Biophysique
Physique
Génie
Biologie
Science des données
Biochimie
Apprentissage automatique
Robotique
Personne-ressource
Membres et spécialistes-conseils
Coresponsables de programme
Alán Aspuru-Guzik
Coresponsable de programme
Titulaire de bourse Lebovic
Titulaire de chaire en IA Canada-CIFAR
Stratégie pancanadienne en matière d’IA
Université de Toronto
Curtis P. Berlinguette
Coresponsable de programme
Membres
Alán Aspuru-Guzik
Coresponsable de programme
Titulaire de bourse Lebovic
Titulaire de chaire en IA Canada-CIFAR
Stratégie pancanadienne en matière d’IA
Université de Toronto
Michelle Chang
Membre
Christopher J. Chang
Membre
Catherine L. Drennan
Membre
L’Institut de Technologie du Massachusetts (MIT)
Rienk van Grondelle
Membre auxiliaire
Sharon Hammes-Schiffer
Membre
Thomas Mallouk
Membre
Gabriela Schlau-Cohen
Titulaire de bourse Heffernan
Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2016-2018
Gregory Scholes
Membre
Aleksandra Vojvodic
Titulaire de bourse Trottier
Spécialistes-conseils
Fraser Armstrong
Spécialiste-conseil
Richard Cogdell
Responsable de comité consultatif
Osamu Ishitani
Spécialiste-conseil
Shaffiq Jaffer
Spécialiste-conseil
Vivian Wing-Wah Yam
Spécialiste-conseil
Membres du programme de chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli
Chibueze Amanchukwu
Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2022-2024
CIFAR Azrieli Global Scholars 2022-2024
Ariel Furst
Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2022-2024
CIFAR Azrieli Global Scholars 2022-2024
Nathaniel Gabor
Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2017-2019
Ximin He
Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2019-2021
Prineha Narang
Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2018-2020
Eva Nichols
Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2022-2024
CIFAR Azrieli Global Scholars 2022-2024
Gabriela Schlau-Cohen
Titulaire de bourse Heffernan
Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2016-2018
Yogesh Surendranath
Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2018-2020
Haotian Wang
Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2019-2021
Jeffrey J. Warren
Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2016-2018
Jenny Yang
Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2018-2020
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