Skip to main content

24 Juin, 2024

Une avancée majeure dans l’hydrogène vert remplace l’eau par de l’iridium

Une avancée majeure dans l’hydrogène vert remplace l’eau par de l’iridium

L’hydrogène est le plus prometteur lorsqu’il est produit via des méthodes vertes

L’hydrogène s’avère très prometteur en tant que source de carburant puissante et propre – à condition que le processus qui le crée soit également vert. Un nouveau rapport montre à quel point il pourrait être difficile de parvenir à un hydrogène véritablement vert, tandis qu’une nouvelle étude supprime un obstacle à sa création.

Selon un article publié aujourd’hui dans la revue Nature Energy , par le chercheur Kiane de Kleijne de l’Université de Radboud et de l’Université de technologie d’Eindhoven aux Pays-Bas, la production d’hydrogène entraîne le plus souvent des gains de dioxyde de carbone (CO2) atmosphérique. Cela n’est qu’en partie dû au fait qu’une partie provient de la production de gaz naturel.

Il existe des moyens plus écologiques de produire de l’hydrogène, comme l’utilisation de l’énergie solaire ou éolienne pour alimenter le processus qui le sépare des molécules d’eau, mais De Kleijne soutient que dans de tels cas, l’empreinte carbone de la création de ces installations doit être prise en compte. Il en va de même pour le fait que l’énergie verte est plus efficace dans les endroits très ensoleillés et venteux comme l’Afrique ou le Brésil, ce qui signifie que l’hydrogène produit là-bas doit ensuite être transporté vers le reste du monde pour être utilisé, ce qui, encore une fois, augmente son empreinte carbone. .

« Si l’on considère l’ensemble du cycle de vie de cette manière, l’hydrogène vert entraîne souvent, mais certainement pas toujours, des gains de CO2 », a déclaré De Kliejne. « Les gains de CO2 sont généralement plus élevés lorsqu’on utilise l’énergie éolienne plutôt que l’énergie solaire. Cela va encore s’améliorer à l’avenir car davantage d’énergie renouvelable sera utilisée pour fabriquer les éoliennes, les panneaux solaires et l’acier pour l’électrolyseur, par exemple. »

Éléphant aquatique dans la chambre

D’ici là, une nouvelle avancée dans un processus populaire de production d’hydrogène appelé membrane échangeuse de protons (PEM) pourrait être utile.

Le PEM est un processus d’électrolyse de l’eau qui sépare l’hydrogène des molécules d’eau. Outre le coût carbone de l’électricité qui alimente le processus, le PEM est considéré comme une technologie verte car son seul produit est l’oxygène plutôt que le dioxyde de carbone. Le problème est que l’iridium est l’un des seuls éléments capables de résister à l’environnement acide dans lequel les molécules d’eau sont divisées. Et l’iridium est très difficile à trouver, car c’est l’un des métaux les plus rares sur Terre, il est donc difficile de créer des installations PEM à grande échelle.

Entrez dans une nouvelle étude de l’Institut des sciences photoniques (ICFO) en Espagne, expliquée en détail dans la vidéo suivante.

Un nouveau catalyseur dévoile le pouvoir caché de l’eau pour la production d’hydrogène vert

Fondamentalement, les chercheurs de l’ICFO ont créé un catalyseur anodique composé d’éléments plus courants : le cobalt et le tungstène. Mais pour protéger l’anode de la dégradation prévue due au processus d’électrolyse, ils ont pris une tournure unique en imprégnant un oxyde de cobalt-tungstène avec de l’eau – la substance même dans laquelle elle est censée fonctionner.

« Au début du projet, nous étions intrigués par le rôle potentiel de l’eau elle-même en tant qu’éléphant dans la pièce dans l’électrolyse de l’eau », a déclaré Ranit Ram, premier auteur de l’étude. « Personne auparavant n’avait activement adapté l’eau et l’eau d’interface de cette manière »

Le résultat était que pendant le processus d’électrolyse, alors que la nouvelle anode se dégradait en perdant du matériau, de l’eau et de l’hydroxyde – deux composés répandus dans le processus – se précipitaient pour remplir les trous qu’elle laissait derrière elle. Le résultat était une sorte de bouclier aqueux qui empêchait l’anode de se dégrader trop rapidement.

L’ensemble du tableau périodique

Lors de tests utilisant un réacteur PEM, le nouveau matériau s’est comporté admirablement.

« Nous avons multiplié par cinq la densité de courant, pour atteindre 1 A/cm2 – une étape très difficile dans ce domaine », a déclaré le co-auteur principal, le Dr Lu Xia. « Mais la clé est que nous avons également atteint plus de 600 heures de courant. stabilité à une densité aussi élevée. Ainsi, nous avons atteint la densité de courant la plus élevée ainsi que la stabilité la plus élevée pour les catalyseurs sans iridium. »

Même si les chercheurs admettent que le nouvel alliage imprégné d’eau ne reste pas stable aussi longtemps que les anodes actuelles, ils affirment que leurs découvertes compensent en démontrant une approche PEM efficace qui ne repose pas sur des métaux rares. En fait, l’équipe affirme que le processus pourrait même fonctionner avec d’autres matériaux, ce qui est souhaitable car le cobalt provient souvent de mines qui font appel au travail des enfants .

« Le cobalt, étant plus abondant que l’iridium, reste un matériau très préoccupant compte tenu de l’endroit d’où il est obtenu », a déclaré García de Arquer, participant à l’étude et professeur à l’ICFO. « C’est pourquoi nous travaillons sur des alternatives à base de manganèse, de nickel et de nombreux autres matériaux. autres matériaux. Nous passerons en revue l’ensemble du tableau périodique, si nécessaire. Et nous allons explorer et essayer avec eux cette nouvelle stratégie de conception de catalyseurs que nous avons rapportée dans notre étude. »

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk9849