Les chercheurs de la Faculté des sciences et de l’ingénierie des matériaux du Technion ont présenté une nouvelle technologie pour produire de l’hydrogène vert à l’aide d’énergies renouvelables. Leur percée a récemment été publiée dans Nature Materials.
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Avantages de la production d’hydrogène vert
La nouvelle technologie présente des avantages significatifs par rapport aux autres procédés de production d’hydrogène vert, et son développement en tant que technologie commerciale devrait réduire les coûts et accélérer l’utilisation de l’hydrogène vert comme alternative propre et durable aux combustibles fossiles.
Utiliser l’hydrogène comme carburant au lieu du charbon, de l’essence et du « gaz naturel » réduira l’utilisation de ces combustibles et les émissions de gaz à effet de serre provenant de diverses sources, notamment les transports, la production de matériaux et de produits chimiques, et le chauffage industriel. Contrairement à ces combustibles, qui émettent du dioxyde de carbone dans l’atmosphère lorsqu’ils brûlent, l’hydrogène produit de l’eau et est donc considéré comme un carburant propre.
Les défis de la production d’hydrogène vert
Cependant, la méthode la plus courante pour produire de l’hydrogène implique l’utilisation de gaz naturel (ou de charbon) et le processus émet de grandes quantités de dioxyde de carbone dans l’atmosphère, annulant ainsi ses avantages en tant qu’alternative verte et durable aux combustibles fossiles. En 2022, la consommation mondiale d’hydrogène s’élevait à environ 95 millions de tonnes, une quantité adaptée à l’amélioration de divers produits combustibles, et notamment à la production d’ammoniac, nécessaire à la fabrication d’engrais agricoles.
Presque tout l’hydrogène consommé aujourd’hui est produit à partir de combustibles fossiles, c’est pourquoi on l’appelle « hydrogène gris » (à base de méthane) ou « hydrogène noir » (à base de charbon). La production d’hydrogène à l’aide de ces méthodes est responsable d’environ 2,5 % des émissions mondiales annuelles de dioxyde de carbone dans l’atmosphère, résultant des actions humaines. Remplacer l’hydrogène gris par de l’hydrogène vert est nécessaire pour réduire cette source importante d’émissions et remplacer les combustibles fossiles polluants par de l’hydrogène propre et durable.
Présentation de la nouvelle technologie
Les chercheurs du groupe du professeur Rothschild au Technion présentent maintenant un processus dans lequel l’hydrogène et l’oxygène sont produits simultanément dans deux cellules séparées, contrairement au processus E-TAC où ils sont produits dans la même cellule mais à des stades différents. Le nouveau processus a été développé par Ilia Slobodkin dans le cadre de sa thèse de maîtrise, avec l’aide des chercheurs Elena Davydova et Anna Breytus, ainsi que de l’étudiant en maîtrise Matan Sananis.
Ce nouveau processus contourne les défis opérationnels et les limites de l’électrode solide où l’oxygène est produit dans la technique E-TAC en le remplaçant par un électrolyte aqueux de NaBr dans l’eau. Ce remplacement ouvre la voie à un processus continu (par opposition à un processus par lots avec l’E-TAC) et supprime la nécessité de faire osciller alternativement des électrolytes froids et chauds à travers la cellule.
Les anions bromure présents dans l’électrolyte sont oxydés en bromate lors de la production d’hydrogène dans une cathode, puis ils circulent avec l’électrolyte aqueux vers une autre cellule, où ils retrouvent leur état d’origine tout en produisant de l’oxygène, et ce processus se répète continuellement.
De cette manière, l’hydrogène et l’oxygène sont produits simultanément dans deux cellules séparées dans un processus continu sans aucun changement de température, contrairement à l’E-TAC. De plus, l’oxygène est produit dans l’électrolyte aqueux et non dans l’électrode solide comme dans l’E-TAC, et il n’est donc pas soumis aux limitations de vitesse et de capacité typiques de ce type d’électrodes, telles que les batteries rechargeables.
Dans l’article publié dans Nature Materials, les chercheurs décrivent leurs expériences de base qui prouvent la faisabilité préliminaire du processus proposé, et présentent des résultats qui démontrent son efficacité élevée et sa capacité à fonctionner à un courant électrique élevé, ce qui signifie que l’hydrogène peut être produit à un rythme élevé. En même temps, il reste encore beaucoup de chemin à parcourir pour développer une nouvelle technologie basée sur la percée scientifique décrite dans l’article. Une telle technologie est susceptible de surmonter les nombreux obstacles sur la voie de la production industrielle d’hydrogène vert en tant qu’alternative durable aux combustibles fossiles.