De l’hydrogène à la demande

L’hydrogène est considéré comme l’un des vecteurs d’énergie les plus prometteurs pour les véhicules et divers autres usages en raison de ses avantages. En effet, l’hydrogène peut être produit à partir de l’eau et, par conséquent, la production ne dépend pas de l’accès à des ressources naturelles non renouvelables. De plus, l’utilisation de l’hydrogène réduirait la dépendance aux combustibles fossiles, tels que le pétrole et le gaz naturel, dont la disponibilité dépend entre autres de facteurs géographiques et géopolitiques, et augmenterait l’énergie disponible pour la population mondiale. Enfin, contrairement aux moteurs diesel et à essence, qui émettent une pollution considérable dans l’air, le seul sous-produit de l’utilisation de l’hydrogène en tant que combustible est l’eau.

En raison de ses avantages en tant que carburant, de nombreux pays, notamment le Japon, l’Allemagne et les États-Unis, investissent des sommes importantes dans des programmes de développement de technologies écologiques pour la production d’hydrogène. L’hydrogène est actuellement majoritairement produit à partir de gaz naturel, avec un processus qui émet du dioxyde de carbone dans l’air. Toutefois, il est également possible de produire de l’hydrogène par électrolyse de l’eau, c’est-à-dire en divisant les molécules d’eau en hydrogène et oxygène. Cependant, comme la production d’électricité est un processus coûteux et polluant, les chercheurs du Technion et du monde entier développent une cellule photoélectrochimique (PEC), qui utilise l’énergie solaire pour séparer directement l’eau en hydrogène et en oxygène, sans avoir recours à une source d’énergie externe.

Les principaux défis dans le développement des fermes solaires pour la production d’hydrogène sont tout d’abord la séparation de l’hydrogène et de l’oxygène, la collecte de l’hydrogène produit par les millions de cellules photoélectrochimiques et enfin le transport de l’hydrogène. L’équipe du Technion a résolu ces défis en développant une nouvelle méthode photoélectrochimique de séparation de l’eau. Ce système utilise une paire d’électrodes auxiliaires composées d’hydroxyde de nickel, un matériel peu coûteux utilisé dans des batteries rechargeables, et un fil métallique les reliant. Alors que les méthodes actuelles utilisent une cellule dans laquelle l’hydrogène et l’oxygène sont produits, tout en étant séparés par une fine membrane qui les empêche de se mélanger et de former ainsi un mélange inflammable et explosif, le nouveau système proposé par les chercheurs du Technion permet quant à lui la production de l’oxygène et de l’hydrogène dans deux cellules séparées, réduisant ainsi complètement les risques d’obtention d’un mélange de gaz explosif.

« Dans le présent article, nous décrivons une nouvelle méthode de production d’hydrogène par la séparation physique de la production d’hydrogène et de la production d’oxygène », explique Mme Landman, étudiante en doctorat pour le programme Grand Technion Energy Program (GTEP). « Selon notre estimation des coûts, notre méthode pourrait concurrencer avec succès les méthodes existantes de séparation de l’eau et servir de plate-forme bon marché et sûre pour la production d’hydrogène. »

Source : https://www.nature.com/articles/nmat4876

Rédacteur : Guillaume Duret, post-doctorant au Technion