Des chercheurs développent une méthode innovante pour stocker l'hydrogène à partir de déchets de polystyrène
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Une équipe de recherche affiliée à l'UNIST (Université nationale de science et de technologie d'Ulsana) en Corée du Sud dévoilé une nouvelle technologie permettant de stocker l'hydrogène dans des matériaux dérivés du polystyrène, notamment ceux issus du polystyrène expansé. Cette avancée offre non seulement une solution au faible taux de recyclage du polystyrène (moins de 1 %), mais rend également le stockage et le transport de l'hydrogène plus pratiques et accessibles, relevant ainsi les défis liés à la manipulation de l'hydrogène gazeux.
Sous la direction du professeur Kwangjin An de l'École de génie énergétique et chimique de l'UNIST, en collaboration avec le Dr Hyuntae Sohn du KIST et le professeur Jeehoon Han de POSTECH, l'équipe a conçu avec succès un système complet en boucle fermée pour convertir les déchets de polystyrène en un vecteur d'hydrogène organique liquide (LOHC). Ce procédé innovant permet un stockage, une récupération et une réutilisation efficaces de l'hydrogène.
Les molécules LOHC stockent l'hydrogène au sein de leur structure chimique cyclique, permettant un stockage sûr et stable à température et pression ambiantes. Leur forme liquide facilite le stockage à long terme et est compatible avec les infrastructures de transport du pétrole existantes, ce qui rend cette approche particulièrement prometteuse pour l'économie de l'hydrogène.
Figure 1. Image schématique illustrant l’étude globale de la recherche.
L'approche décrite exploite la structure riche en composés aromatiques du polystyrène. Chauffé, le polystyrène se décompose en composés aromatiques de faible masse moléculaire, tels que le styrène et le toluène. Ces composés réagissent avec l'hydrogène à température élevée pour stocker l'hydrogène, qui peut ensuite être libéré par déshydrogénation catalytique.
Les catalyseurs sont au cœur de ce processus. Les catalyseurs au ruthénium facilitent l'absorption d'hydrogène, tandis que les catalyseurs au platine permettent la libération d'hydrogène. Les chercheurs ont notamment découvert que les performances catalytiques des catalyseurs supportés par du platine varient considérablement selon la structure du support. Parmi les différentes options, l'oxyde d'aluminium assemblé par nanofeuilles a démontré une réactivité et une stabilité remarquables, améliorant ainsi l'efficacité de la libération d'hydrogène.
Pour éviter la désactivation du catalyseur due à l’accumulation d’impuretés, l’équipe a mis en œuvre une étape de distillation pour éliminer sélectivement les composés polycycliques et autres contaminants, prolongeant ainsi la durée de vie du catalyseur et garantissant la durabilité du processus.
De plus, les chercheurs ont optimisé le processus en termes d’efficacité énergétique et de viabilité économique en utilisant la chaleur résiduelle générée pendant la réaction (par la combustion des sous-produits résiduels), réduisant ainsi la consommation d’énergie externe et augmentant le débit de conversion des déchets de polystyrène.
Commentant leurs résultats, l'équipe de recherche a déclaré : « Il s'agit de la toute première démonstration de la conversion de déchets de polystyrène en un moyen pratique de stockage de l'hydrogène. Notre approche répond simultanément à deux défis environnementaux majeurs : le recyclage des déchets plastiques et le stockage de l'hydrogène. » Ils ont ajouté : « Nous sommes convaincus que cette technologie présente un fort potentiel d'application industrielle et d'élaboration de politiques à l'avenir. »
Cette recherche a été soutenue par le ministère des Sciences et des TIC (MSIT), la Fondation nationale de recherche de Corée (NRF) et le programme d'excellence du Centre de recherche en ingénierie (ERC). Les résultats ont été publiés en quatrième de couverture du numéro d'août 2025 d' ACS Catalysis .