Un alliage solide permet un stockage et un transport de l'hydrogène sûrs et à faible coût
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Une équipe de recherche dirigée par le Dr Young-Min Kim et le Dr Byeong-Chan Suh de la division de recherche sur les matériaux légers de l'Institut coréen des sciences des matériaux (KIMS) a développé le premier matériau de stockage d'hydrogène à l'état solide au monde capable de stocker et de transporter l'hydrogène en toute sécurité sans avoir besoin de réservoirs à haute pression ou de systèmes cryogéniques.
Les résultats ont été publiés dans le Journal of Magnesium and Alloys .
L'alliage magnésium-nickel-étain (Mg-20Ni-Sn) nouvellement développé verrouille solidement l'hydrogène dans la structure métallique, éliminant ainsi le risque d'explosion tout en réduisant considérablement les coûts de fabrication et la consommation d'énergie .
Les méthodes conventionnelles de stockage de l'hydrogène reposent soit sur la compression de gaz à haute pression (350–700 bars), soit sur la liquéfaction cryogénique à des températures pouvant atteindre –253 °C. Cependant, ces approches présentent des défis importants, notamment un risque élevé d'explosion, une consommation énergétique excessive et des pertes naturelles par évaporation.
Une solution prometteuse à ces défis réside dans la technologie de stockage de l'hydrogène à l'état solide. Cette méthode consiste à lier chimiquement l'hydrogène à un métal, puis à le libérer en cas de besoin, permettant ainsi un stockage et un transport à long terme sans risque d'explosion.
Cependant, les matériaux de stockage d’hydrogène à l’état solide utilisés auparavant ont été confrontés à des limitations en termes de densité de stockage, de taux d’absorption/désorption et de coûts de production élevés, ce qui a entravé leur commercialisation.
Pour surmonter ces limitations, l'équipe de recherche a développé un alliage magnésium-nickel-étain (Mg-20Ni-Sn). Cet alliage combine des phases de magnésium (Mg) à haute densité avec des phases de magnésium-nickel (Mg2Ni ) , connues pour leur absorption et leur désorption rapides de l'hydrogène, dans une structure feuilletée.
Une petite quantité d'étain (Sn) a été ajoutée pour affiner la structure du grain, améliorant ainsi la réactivité. Ainsi, les performances de stockage de l'hydrogène ont été multipliées par plus de trois par rapport aux matériaux conventionnels.
Application de la technologie de stockage d'hydrogène développée, intégrée à la production, au transport et à l'utilisation de l'hydrogène. Crédit : Institut coréen des sciences des matériaux (KIMS)
Cette technologie permet de transporter une quantité équivalente d’hydrogène, auparavant transportée dans une remorque à gaz haute pression de 12 m, à l’aide d’un seul camion de 5 tonnes, réduisant ainsi efficacement les coûts de transport.
En particulier, lorsque l'hydrogène est stocké sous forme d'hydrures métalliques, le matériau présente une excellente résistance à l'oxydation, ce qui signifie qu'une exposition prolongée à l'air n'entraîne pas de dégradation des performances. Par conséquent, l'hydrogène peut être transporté en toute sécurité à pression atmosphérique, sans nécessiter de réservoirs haute pression, comme pour le transport de marchandises.
Le processus de fabrication a également été considérablement simplifié. Alors que les méthodes conventionnelles requéraient des techniques coûteuses de métallurgie des poudres, l'équipe de recherche a développé un procédé utilisant un moulage standard pour produire un alliage massif, qui est ensuite usiné en fines puces métalliques d'environ 50 micromètres d'épaisseur, soit environ la moitié de l'épaisseur d'un cheveu humain.
Ce format de puce mince permet une diffusion rapide de l'hydrogène et des réactions hautement efficaces. De plus, le procédé est adapté à la production de masse, réduisant les coûts de fabrication à un dixième de ceux des méthodes traditionnelles.
De plus, l’équipe de recherche a collaboré avec des partenaires industriels et d’autres instituts de recherche pour développer un récipient de stockage chauffé par induction et un système de surveillance en temps réel, étendant ainsi encore l’impact de leurs recherches.
Le chauffage par induction permet un chauffage rapide de l'hydrure métallique stocké dans le récipient, permettant ainsi une absorption et une libération efficaces de l'hydrogène. Contrairement au stockage gazeux classique, cette méthode réduit considérablement les besoins en volume, permettant un stockage d'hydrogène de grande capacité dans des espaces compacts.
Le Dr Young-Min Kim, chercheur principal et professeur à l'école UST-KIMS, a déclaré : « Cette technologie marque le premier cas prouvé de transport sûr et économique de l'hydrogène sans avoir besoin d'équipement spécialisé. »
Il a ajouté : « Nous prévoyons d'étendre son application à divers secteurs, tels que les centrales électriques , les véhicules électriques et les systèmes de stockage d'énergie, en le reliant à l'hydrogène produit à partir de sources d'énergie renouvelables et d'énergie nucléaire. »
https://www.nst.re.kr/eng/index.do
https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S2213956724003785