Un réacteur à hydrogène fonctionnant à l'eau de mer peut alimenter un sous-marin pendant 30 jours

Des scientifiques du MIT ont découvert une nouvelle façon de produire de l'hydrogène à partir de canettes de soda, d'eau de mer et de marc de café. Selon l'équipe, cette réaction chimique pourrait être utilisée pour alimenter les moteurs ou les piles à combustible des véhicules marins qui aspirent l'eau de mer.

L'hydrogène est un acteur important de la décarbonisation de la production d'énergie : il brûle proprement, il est dense en énergie et, lorsqu'il est utilisé dans des piles à combustible, le seul sous-produit est l'eau. Mais il est difficile de le stocker et de le transporter, car les minuscules molécules ont tendance à fuir à travers les conteneurs et les canalisations. Non seulement cela entraîne des pertes, mais l'excès d'hydrogène peut faire des ravages dans l'atmosphère.

Mais les futurs systèmes basés sur la nouvelle technique du MIT pourraient effectivement produire de l'hydrogène à la demande, directement dans un véhicule. La seule chose qu'il faudrait transporter et stocker serait des pastilles d'aluminium, qui sont beaucoup plus stables et plus faciles à travailler.

Lors des essais, une seule pastille d'aluminium pesant seulement 0,3 g placée dans de l'eau fraîche désionisée a produit 400 ml d'hydrogène en cinq minutes seulement. À plus grande échelle, l'équipe estime qu'un seul gramme de pastilles pourrait produire un étonnant 1,3 litre d'hydrogène en cinq minutes.

La technique repose sur une réaction chimique assez simple : l'aluminium réagit très fortement à l'oxygène. Ainsi, lorsque vous le plongez dans l'eau, il enlève rapidement l'O de H2O, laissant l'hydrogène moléculaire s'échapper sous forme de bulles. Le problème, c'est que ce processus ne dure généralement pas longtemps. Une fine couche d'oxyde d'aluminium se forme à la surface du métal, empêchant l'aluminium pur qui se trouve en dessous d'interagir davantage avec l'oxygène.

Des études antérieures ont montré que l'ajout d'autres métaux, comme le gallium, pouvait lever les freins en décomposant la couche d'oxyde d'aluminium au fur et à mesure qu'elle se formait. Dans le cas présent, l'équipe a prétraité les pastilles d'aluminium avec un alliage de gallium et d'indium, ce qui a permis à la réaction de durer plus longtemps.

L'aluminium est "activé" en plongeant les pastilles dans un alliage de gallium et d'indium.

L'inconvénient potentiel est que le gallium et l'indium sont rares et chers. Mais les chercheurs ont découvert qu'en effectuant la réaction dans une solution ionique, l'alliage s'agglutinait sous une forme qui pouvait être récupérée et réutilisée. Or, l'eau de mer est une solution ionique.

Le problème suivant était que la réaction était beaucoup plus lente dans l'eau de mer, puisqu'il fallait environ deux heures pour produire la quantité d'hydrogène qu'il fallait cinq minutes pour produire dans l'eau douce. Grâce à l'expérimentation, un dernier ingrédient surprenant est venu à la rescousse. Lorsque l'équipe a ajouté du vieux marc de café, la réaction s'est considérablement accélérée, revenant à cinq minutes. En y regardant de plus près, la clé a été identifiée comme étant l'imidazole, un composé de la caféine.

Les chercheurs estiment que leur recette constitue la base d'un réacteur à hydrogène pratique qui pourrait être particulièrement utile pour alimenter les véhicules marins.

"C'est très intéressant pour les applications maritimes telles que les bateaux ou les véhicules sous-marins, car il n'est pas nécessaire de transporter de l'eau de mer, qui est facilement disponible", a déclaré Aly Kombargi, auteur principal de l'étude. "Il n'est pas non plus nécessaire de transporter un réservoir d'hydrogène. Au lieu de cela, nous transporterions de l'aluminium comme 'carburant' et nous ajouterions simplement de l'eau pour produire l'hydrogène dont nous avons besoin".

Le premier test de cette idée sera un petit planeur sous-marin qui, d'après leurs calculs, pourrait fonctionner jusqu'à 30 jours d'affilée en pompant l'eau de mer de son environnement à travers un réacteur contenant environ 18 kg de pastilles d'aluminium.

« Nous montrons une nouvelle façon de produire de l'hydrogène, sans transporter d'hydrogène mais en transportant de l'aluminium comme "combustible"", a déclaré Aly Kombargi. "L'étape suivante consiste à trouver un moyen d'utiliser cette technologie pour les camions, les trains et peut-être les avions. Peut-être qu'au lieu d'avoir à transporter de l'eau, nous pourrions extraire l'eau de l'humidité ambiante pour produire de l'hydrogène. C'est ce que nous envisageons."

https://news.mit.edu/2024/recipe-for-zero-emissions-fuel-with-cans-seawater-caffeine-0725