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Énergie solaire bio-inspirée

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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

Fiona Cunningham

Membres et spécialistes-conseils

Coresponsables de programme

Alán Aspuru-Guzik

Alán Aspuru-Guzik

Coresponsable de programme
Titulaire de bourse Lebovic
Titulaire de chaire en IA Canada-CIFAR

Énergie solaire bio-inspirée
Stratégie pancanadienne en matière d’IA
Institut Vecteur
Université de Toronto
Canada
Curtis P. Berlinguette

Curtis P. Berlinguette

Coresponsable de programme

Énergie solaire bio-inspirée
Université de la Colombie-Britannique
Canada

Membres

Alán Aspuru-Guzik

Alán Aspuru-Guzik

Coresponsable de programme
Titulaire de bourse Lebovic
Titulaire de chaire en IA Canada-CIFAR

Énergie solaire bio-inspirée
Stratégie pancanadienne en matière d’IA
Institut Vecteur
Université de Toronto
Canada
Michelle Chang

Michelle Chang

Membre

Énergie solaire bio-inspirée
Université de la Californie à Berkeley
États Unis
Christopher J. Chang

Christopher J. Chang

Membre

Énergie solaire bio-inspirée
Université de la Californie à Berkeley
États Unis
Catherine L. Drennan

Catherine L. Drennan

Membre

Énergie solaire bio-inspirée
Howard Hughes Medical Institute
L’Institut de Technologie du Massachusetts (MIT)
États Unis
Rienk van Grondelle

Rienk van Grondelle

Membre auxiliaire

Énergie solaire bio-inspirée
Vrije Universiteit Amsterdam
Les Pays-Bas
Sharon Hammes-Schiffer

Sharon Hammes-Schiffer

Membre

Énergie solaire bio-inspirée
Université de Yale
États Unis
Thomas Mallouk

Thomas Mallouk

Membre

Énergie solaire bio-inspirée
Université d’état de la Pennsylvanie
États Unis
Gabriela Schlau-Cohen

Gabriela Schlau-Cohen

Titulaire de bourse Heffernan
Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2016-2018

Énergie solaire bio-inspirée
L’Institut de Technologie du Massachusetts (MIT)
États Unis
Gregory Scholes

Gregory Scholes

Membre

Énergie solaire bio-inspirée
Université de Princeton
États Unis
Aleksandra Vojvodic

Aleksandra Vojvodic

Titulaire de bourse Trottier

Énergie solaire bio-inspirée
Université de la Pennsylvanie
États Unis

Spécialistes-conseils

Fraser Armstrong

Fraser Armstrong

Spécialiste-conseil

Énergie solaire bio-inspirée
Université d'Oxford
Royaume-Uni
Richard Cogdell

Richard Cogdell

Responsable de comité consultatif

Énergie solaire bio-inspirée
Université de Glasgow
Royaume-Uni
Osamu Ishitani

Osamu Ishitani

Spécialiste-conseil

Énergie solaire bio-inspirée
Institut de technologie de Tokyo
Japon
Shaffiq Jaffer

Shaffiq Jaffer

Spécialiste-conseil

Énergie solaire bio-inspirée
Total American Services
États Unis
Vivian Wing-Wah Yam

Vivian Wing-Wah Yam

Spécialiste-conseil

Énergie solaire bio-inspirée
Université de Hong Kong
Hong Kong

Membres du programme de chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli

Chibueze Amanchukwu

Chibueze Amanchukwu

Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2022-2024
CIFAR Azrieli Global Scholars 2022-2024

Énergie solaire bio-inspirée
Université de Chicago
États Unis
Ariel Furst

Ariel Furst

Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2022-2024
CIFAR Azrieli Global Scholars 2022-2024

Énergie solaire bio-inspirée
L’Institut de Technologie du Massachusetts (MIT)
États Unis
Nathaniel Gabor

Nathaniel Gabor

Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2017-2019

Énergie solaire bio-inspirée
Université de la Californie à Riverside
États Unis
Ximin He

Ximin He

Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2019-2021

Énergie solaire bio-inspirée
Université de Californie à Los Angeles
États Unis
Prineha Narang

Prineha Narang

Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2018-2020

Énergie solaire bio-inspirée
Université Harvard
États Unis
Eva Nichols

Eva Nichols

Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2022-2024
CIFAR Azrieli Global Scholars 2022-2024

Énergie solaire bio-inspirée
Université de la Colombie-Britannique
Canada
Gabriela Schlau-Cohen

Gabriela Schlau-Cohen

Titulaire de bourse Heffernan
Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2016-2018

Énergie solaire bio-inspirée
L’Institut de Technologie du Massachusetts (MIT)
États Unis
Yogesh Surendranath

Yogesh Surendranath

Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2018-2020

Énergie solaire bio-inspirée
L’Institut de Technologie du Massachusetts (MIT)
États Unis
Haotian Wang

Haotian Wang

Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2019-2021

Énergie solaire bio-inspirée
Université Rice
États Unis
Jeffrey J. Warren

Jeffrey J. Warren

Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2016-2018

Énergie solaire bio-inspirée
Université Simon Fraser
Canada
Jenny Yang

Jenny Yang

Membre du programme des chercheurs mondiaux CIFAR-Azrieli 2018-2020

Énergie solaire bio-inspirée
Université de la Californie à Irvine
États Unis

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