Une percĂ©e dans la division de l’eau en ses parties pourrait aider Ă  rentabiliser les Ă©nergies renouvelables, mĂȘme lorsque le soleil ne brille pas et que le vent ne souffle pas.

L’utilisation de l’Ă©nergie solaire et Ă©olienne lorsqu’elle est disponible pour le fractionnement de l’eau, un processus qui utilise l’Ă©lectricitĂ© pour diviser le H2O en hydrogĂšne et en oxygĂšne, offre un moyen de stocker l’Ă©nergie sous forme d’hydrogĂšne.

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

Actuellement, le systĂšme le plus populaire utilisĂ© pour le fractionnement de l’eau, ou l’Ă©lectrolyse de l’eau, repose sur les mĂ©taux prĂ©cieux comme catalyseurs, mais une Ă©quipe de recherche collaborative, comprenant des scientifiques du Los Alamos National Laboratory et de la Washington State University, a dĂ©veloppĂ© un systĂšme qui utilise moins cher et plus abondant matĂ©riaux. Ils dĂ©crivent l’avancĂ©e dans un article publiĂ© dans Nature Energy le 9 mars.

« Le systĂšme d’Ă©lectrolyse de l’eau actuel utilise un catalyseur trĂšs cher. Dans notre systĂšme, nous utilisons un catalyseur Ă  base de nickel-fer, qui est beaucoup moins cher, mais les performances sont comparables », a dĂ©clarĂ© 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 rĂ©alisĂ©e Ă  l’aide d’un Ă©quipement appelĂ© Ă©lectrolyseur d’eau Ă  membrane Ă©changeuse de protons, qui gĂ©nĂšre de l’hydrogĂšne Ă  un taux de production Ă©levĂ©. Il est cher et fonctionne dans des conditions trĂšs acides, nĂ©cessitant des catalyseurs en mĂ©taux prĂ©cieux tels que le platine et l’iridium ainsi que des plaques mĂ©talliques rĂ©sistantes Ă  la corrosion en titane.

L’Ă©quipe de recherche a travaillĂ© pour rĂ©soudre ce problĂšme en sĂ©parant l’eau dans des conditions alcalines ou basiques avec un Ă©lectrolyseur Ă  membrane Ă©changeuse d’anions. Ce type d’Ă©lectrolyseur ne nĂ©cessite pas de catalyseur Ă  base de mĂ©taux prĂ©cieux. En fait, une Ă©quipe dirigĂ©e par Yuehe Lin, professeur Ă  la WSU’s School of Mechanical and Materials Engineering, a crĂ©Ă© un catalyseur Ă  base de nickel et de fer, des Ă©lĂ©ments moins chers et plus abondants dans l’environnement.

L’Ă©quipe de Lin a partagĂ© son dĂ©veloppement avec Kim Ă  Los Alamos, qui Ă  son tour a dĂ©veloppĂ© le liant d’Ă©lectrode Ă  utiliser avec le catalyseur. Le liant d’Ă©lectrode est un polymĂšre conducteur d’hydroxyde qui lie les catalyseurs et fournit un environnement Ă  pH Ă©levĂ© pour des rĂ©actions Ă©lectrochimiques rapides.

La combinaison du liant d’Ă©lectrode dĂ©veloppĂ© par Los Alamos et du catalyseur WSU a augmentĂ© le taux de production d’hydrogĂšne Ă  prĂšs de dix fois le taux des Ă©lectrolyseurs Ă  membrane Ă©changeuse d’anions prĂ©cĂ©dents, ce qui le rend comparable Ă  l’Ă©lectrolyseur Ă  membrane Ă©changeuse de protons plus cher.

Selon le dĂ©partement amĂ©ricain de l’Énergie, environ 10 millions de tonnes mĂ©triques d’hydrogĂšne sont actuellement produites aux États-Unis chaque annĂ©e, principalement en utilisant du gaz naturel dans un processus appelĂ© reformage du gaz naturel. L’hydrogĂšne produit Ă  partir d’un processus de fractionnement de l’eau qui est alimentĂ© en Ă©lectricitĂ© Ă  partir d’Ă©nergies renouvelables prĂ©sente de nombreux avantages Ă©conomiques et environnementaux, a dĂ©clarĂ© Lin.

« Le fractionnement de l’eau est une technologie propre, mais vous avez besoin d’Ă©lectricitĂ© pour le faire », a dĂ©clarĂ© Lin, qui est Ă©galement un auteur correspondant sur le papier. « Nous avons maintenant beaucoup d’Ă©nergie renouvelable, Ă©olienne et solaire, mais elle est intermittente. Par exemple, la nuit, nous ne pouvons pas utiliser l’Ă©nergie solaire, mais si pendant la journĂ©e, nous pouvons utiliser de l’Ă©nergie supplĂ©mentaire pour la convertir en autre chose, comme l’hydrogĂšne, c’est trĂšs prometteur. « 

Le marchĂ© mondial de la gĂ©nĂ©ration d’hydrogĂšne devrait atteindre 199,1 milliards de dollars d’ici 2023. Les marchĂ©s potentiels de l’Ă©nergie hydrogĂšne comprennent tout, de la conversion d’Ă©nergie de masse et de la gestion du rĂ©seau Ă©lectrique aux piles Ă  combustible pour voitures. Lin estime qu’il y a environ 600 parcs Ă©oliens aux États-Unis prĂȘts Ă  ĂȘtre connectĂ©s directement aux systĂšmes d’Ă©lectrolyse de l’eau.

En plus de Los Alamos et du WSU, des chercheurs de Pajarito Powder et de Sandia National Laboratories ont Ă©galement contribuĂ© Ă  ces travaux. Cette recherche a Ă©tĂ© financĂ©e par le HydroGen Advanced Water Splitting Materials Consortium Ă©tabli dans le cadre du dĂ©partement amĂ©ricain de l’Énergie et du programme JCDREAM de l’État de Washington.