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L'avancée du fractionnement de l'eau promet une énergie renouvelable abordable :


Une percée dans la division de l’eau en ses parties pourrait aider à rentabiliser les énergies renouvelables, même lorsque le soleil ne brille pas et que le vent ne souffle pas.

L’utilisation de l’énergie solaire et éolienne lorsqu’elle est disponible pour le fractionnement de l’eau, un processus qui utilise l’électricité pour diviser le H2O en hydrogène et en oxygène, offre un moyen de stocker l’énergie sous forme d’hydrogène.

Actuellement, le système le plus populaire utilisé pour le fractionnement de l’eau, ou l’électrolyse de l’eau, repose sur les métaux précieux comme catalyseurs, mais une équipe de recherche collaborative, comprenant des scientifiques du Los Alamos National Laboratory et de la Washington State University, a développé un système qui utilise moins cher et plus abondant matériaux. Ils décrivent l’avancée dans un article publié dans Nature Energy le 9 mars.

L'avancée du fractionnement de l'eau promet une énergie renouvelable abordable :



“Le système d’électrolyse de l’eau actuel utilise un catalyseur très cher. Dans notre système, nous utilisons un catalyseur à base de nickel-fer, qui est beaucoup moins cher, mais les performances sont comparables”, a déclaré Yu Seung Kim, chercheur au Los Alamos National Laboratory. et auteur correspondant sur le papier.

Aujourd’hui, la majeure partie du fractionnement de l’eau est réalisée à l’aide d’un équipement appelé électrolyseur d’eau à membrane échangeuse de protons, qui génère de l’hydrogène à un taux de production élevé. Il est cher et fonctionne dans des conditions très acides, nécessitant des catalyseurs en métaux précieux tels que le platine et l’iridium ainsi que des plaques métalliques résistantes à la corrosion en titane.



L’équipe de recherche a travaillé pour résoudre ce problème en séparant l’eau dans des conditions alcalines ou basiques avec un électrolyseur à membrane échangeuse d’anions. Ce type d’électrolyseur ne nécessite pas de catalyseur à base de métaux précieux. En fait, une équipe dirigée par Yuehe Lin, professeur à la WSU’s School of Mechanical and Materials Engineering, a créé un catalyseur à base de nickel et de fer, des éléments moins chers et plus abondants dans l’environnement.

L’équipe de Lin a partagé son développement avec Kim à Los Alamos, qui à son tour a développé le liant d’électrode à utiliser avec le catalyseur. Le liant d’électrode est un polymère conducteur d’hydroxyde qui lie les catalyseurs et fournit un environnement à pH élevé pour des réactions électrochimiques rapides.

La combinaison du liant d’électrode développé par Los Alamos et du catalyseur WSU a augmenté le taux de production d’hydrogène à près de dix fois le taux des électrolyseurs à membrane échangeuse d’anions précédents, ce qui le rend comparable à l’électrolyseur à membrane échangeuse de protons plus cher.

Selon le département américain de l’Énergie, environ 10 millions de tonnes métriques d’hydrogène sont actuellement produites aux États-Unis chaque année, principalement en utilisant du gaz naturel dans un processus appelé reformage du gaz naturel. L’hydrogène produit à partir d’un processus de fractionnement de l’eau qui est alimenté en électricité à partir d’énergies renouvelables présente de nombreux avantages économiques et environnementaux, a déclaré Lin.

“Le fractionnement de l’eau est une technologie propre, mais vous avez besoin d’électricité pour le faire”, a déclaré Lin, qui est également un auteur correspondant sur le papier. “Nous avons maintenant beaucoup d’énergie renouvelable, éolienne et solaire, mais elle est intermittente. Par exemple, la nuit, nous ne pouvons pas utiliser l’énergie solaire, mais si pendant la journée, nous pouvons utiliser de l’énergie supplémentaire pour la convertir en autre chose, comme l’hydrogène, c’est très prometteur. “

Le marché mondial de la génération d’hydrogène devrait atteindre 199,1 milliards de dollars d’ici 2023. Les marchés potentiels de l’énergie hydrogène comprennent tout, de la conversion d’énergie de masse et de la gestion du réseau électrique aux piles à combustible pour voitures. Lin estime qu’il y a environ 600 parcs éoliens aux États-Unis prêts à être connectés directement aux systèmes d’électrolyse de l’eau.

En plus de Los Alamos et du WSU, des chercheurs de Pajarito Powder et de Sandia National Laboratories ont également contribué à ces travaux. Cette recherche a été financée par le HydroGen Advanced Water Splitting Materials Consortium établi dans le cadre du département américain de l’Énergie et du programme JCDREAM de l’État de Washington.