Un matériau à trois couches sépare les charges pour stimuler la production d'hydrogène vert
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Selon des chercheurs de l'Université de Linköping, la réaction chimique permettant de produire de l'hydrogène à partir de l'eau est plusieurs fois plus efficace lorsqu'on utilise une combinaison de nouveaux matériaux en trois couches. L'hydrogène produit à partir de l'eau est une source d'énergie renouvelable prometteuse, surtout s'il est produit grâce à la lumière solaire.
La production de nouvelles voitures à essence et diesel sera interdite dans l’UE à partir de 2035. Les moteurs électriques devraient devenir de plus en plus courants dans les véhicules, mais ils ne conviennent pas à tous les types de transport.
« Les voitures particulières peuvent être équipées d'une batterie, mais les poids lourds, les navires ou les avions ne peuvent pas utiliser de batterie pour stocker l'énergie. Pour ces moyens de transport, nous devons trouver des sources d'énergie propres et renouvelables, et l'hydrogène est un bon candidat », explique Jianwu Sun, professeur associé à l'Université de Linköping, qui a dirigé l'étude publiée dans le Journal of the American Chemical Society .
Les chercheurs de LiU travaillent au développement de matériaux qui peuvent être utilisés pour produire de l’hydrogène (H2) à partir de l’eau (H2O) en utilisant l’énergie de la lumière du soleil.
Capture l'énergie de la lumière du soleil
L'équipe de recherche a précédemment démontré qu'un matériau appelé carbure de silicium cubique (3C-SiC) possède des propriétés bénéfiques pour faciliter la réaction de séparation de l'eau en hydrogène et en oxygène. Ce matériau peut capter efficacement la lumière solaire, exploitant ainsi l'énergie qu'elle contient pour produire de l'hydrogène par la réaction photochimique de séparation de l'eau.
Le matériau peut capturer efficacement la lumière du soleil afin que l’énergie qu’il contient puisse être utilisée pour la production d’hydrogène grâce à la réaction photochimique de séparation de l’eau.Photographe:Olov Planthaber
Dans leur étude actuelle, les chercheurs ont développé un nouveau matériau combiné. Ce nouveau matériau est composé de trois couches : une couche de carbure de silicium cubique, une couche d'oxyde de cobalt et un catalyseur favorisant la séparation de l'eau.
« Il s'agit d'une structure très complexe. Notre objectif dans cette étude a donc été de comprendre la fonction de chaque couche et comment elle contribue à améliorer les propriétés du matériau. Ce nouveau matériau est huit fois plus performant que le carbure de silicium cubique pur pour la décomposition de l'eau en hydrogène », explique Jianwu Sun.
Lorsque la lumière solaire frappe le matériau, des charges électriques sont générées, qui servent ensuite à dissocier l'eau. Un défi dans le développement de matériaux pour cette application est d'empêcher les charges positives et négatives de fusionner à nouveau et de se neutraliser. Dans leur étude, les chercheurs montrent qu'en combinant une couche de carbure de silicium cubique avec les deux autres couches, le matériau, appelé Ni(OH)2/Co3O4/3C-SiC, devient plus apte à séparer les charges, rendant ainsi la dissociation de l'eau plus efficace.
Une répartition plus efficace de l'eau
Aujourd'hui, on distingue l'hydrogène « gris » et l'hydrogène « vert ». La quasi-totalité de l'hydrogène présent sur le marché est de l'hydrogène « gris », produit à partir d'un combustible fossile appelé gaz naturel. La production d'une tonne d'hydrogène « gris » entraîne l'émission de jusqu'à dix tonnes de dioxyde de carbone, contribuant ainsi à l'effet de serre et au changement climatique. L'hydrogène « vert » est produit à partir d'électricité renouvelable.
L’objectif à long terme des chercheurs de LiU est de pouvoir utiliser uniquement l’énergie du soleil pour piloter la réaction photochimique afin de produire de l’hydrogène « vert ».
Le nouveau matériau est composé de trois couches : une couche de carbure de silicium cubique, une couche d’oxyde de cobalt et un matériau catalyseur qui aide à séparer l’eau. Photographe: Olov Planthaber
La plupart des matériaux actuellement développés ont un rendement compris entre 1 et 3 %, mais pour la commercialisation de cette technologie d'hydrogène vert, l'objectif est d'atteindre 10 %. Pouvoir piloter pleinement la réaction grâce à l'énergie solaire permettrait de réduire le coût de production d'hydrogène « vert », par rapport à une production utilisant de l'électricité renouvelable supplémentaire, comme c'est le cas avec la technologie actuelle. Jianwu Sun estime qu'il faudra environ cinq à dix ans à l'équipe de recherche pour développer des matériaux atteignant la limite convoitée de 10 %.
https://liu.se/en/news-item/more-effective-production-of-green-hydrogen-with-new-combined-material