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Un catalyseur pour une production d'hydrogène vert plus efficace

La crise climatique nécessite d’augmenter l’utilisation des resources d’énergie renouvelables telles que l’énergie solaire et éolienne, mais avec une disponibilité intermittente, le stockage d’énergie évolutif est un défi.

L’hydrogène – en particulier l’hydrogène vert sans carbone – est devenu un vecteur d’énergie propre prometteur et une choice de stockage pour les énergies renouvelables telles que l’énergie solaire et éolienne. Il n’ajoute aucune émission de carbone dans l’atmosphère, mais il est actuellement coûteux et complexe à créer.

Une façon de produire de l’hydrogène vert est la séparation électrochimique de l’eau. Ce processus consiste à faire passer de l’électricité dans l’eau en présence de catalyseurs (substances favorisant la réaction) pour produire de l’hydrogène et de l’oxygène.

Des chercheurs du Georgia Institute of Technologies et du Ga Tech Investigation Institute (GTRI) ont mis au position un nouveau procédé et un nouveau matériau de fractionnement de l’eau qui maximisent l’efficacité de la generation d’hydrogène vert, ce qui en fait une alternative abordable et available pour les partenaires industriels qui souhaitent se convertir à l’hydrogène vert. pour le stockage d’énergie renouvelable au lieu de la production conventionnelle d’hydrogène émetteur de carbone à partir de gaz naturel.

Les conclusions de Ga Tech surviennent alors que les specialists du climat conviennent que l’hydrogène sera essentiel pour que les principaux secteurs industriels du monde atteignent leurs objectifs de zéro émission nette. L’été dernier, l’administration Biden s’est fixé pour objectif de réduire le coût de l’hydrogène propre de 80 % en une décennie. Surnommée Hydrogen Shot, l’initiative dirigée par le ministère de l’Énergie vise à réduire le coût de l’hydrogène “propre” ou vert à 1 $ par kilogramme d’ici 2030.

Les scientifiques espèrent remplacer le gaz naturel et le charbon, actuellement utilisés aujourd’hui pour stocker l’énergie électrique supplémentaire au niveau du réseau, par de l’hydrogène vert, automobile il ne contribue pas aux émissions de carbone, ce qui en fait un moyen in addition respectueux de l’environnement pour stocker l’électricité renouvelable. L’objet de leurs recherches est l’électrolyse, ou le processus d’utilisation de l’électricité pour séparer l’eau en hydrogène et en oxygène.

Matériaux moins coûteux et moreover durables

L’équipe de recherche de Georgia Tech espère rendre l’hydrogène vert moins coûteux et in addition durable en utilisant des matériaux hybrides pour l’électrocatalyseur. Aujourd’hui, le procédé repose sur des composants de métaux nobles coûteux tels que le platine et l’iridium, les catalyseurs préférés pour produire de l’hydrogène par électrolyse à grande échelle. Ces éléments sont chers et rares, ce qui a bloqué la tendance à remplacer le gaz par une énergie à base d’hydrogène. En fait, l’hydrogène vert représentait moins de 1 % de la creation annuelle d’hydrogène en 2020, en grande partie à induce de cette dépense, selon le cabinet d’études de marché Wood Mackenzie.

“Notre travail réduira l’utilisation de ces métaux nobles, augmentant son activité ainsi que les solutions d’utilisation”, a déclaré le chercheur principal de l’étude Seung Woo Lee, professeur agrégé à la George W. Woodruff School of Mechanical Engineering et skilled en stockage d’énergie électrochimique. et les systèmes de conversion.

Dans une recherche publiée dans les revues Utilized Catalysis B : Environmental and Power & Environmental Science, Lee et son équipe ont mis en évidence les interactions entre les nanoparticules métalliques et l’oxyde métallique pour soutenir la conception de catalyseurs hybrides hautes performances.

“Nous avons conçu une nouvelle classe de catalyseurs où nous avons trouvé un meilleur substrat d’oxyde qui utilise moins d’éléments nobles”, a déclaré Lee. “Ces catalyseurs hybrides ont montré des performances supérieures à la fois pour l’oxygène et l’hydrogène (division).”

Analyse à l’échelle nanométrique

l’Institut coréen de recherche énergétique, et sur la mesure des rayons X de l’Université nationale de Kyungpook et de l’Université d’État de l’Oregon, qui a exploité le synchrotron du pays, un tremendous rayon X de la taille d’un terrain de football.

“En utilisant les rayons X, nous pouvons surveiller les changements structurels du catalyseur pendant le processus de séparation de l’eau, à l’échelle du nanomètre”, a expliqué Lee. “Nous pouvons étudier leur état d’oxydation ou leurs configurations atomiques dans des disorders de fonctionnement.”

Jinho Park, chercheur au GTRI et chercheur principal de la recherche, a déclaré que cette recherche pourrait aider à réduire la barrière du coût des équipements utilisés dans la generation d’hydrogène vert. Outre le développement de catalyseurs hybrides. Les principales priorités étaient de réduire l’utilisation du catalyseur dans le système et, en même temps, d’augmenter sa durabilité puisque le catalyseur représente une grande partie du coût de l’équipement.

“Nous voulons utiliser ce catalyseur pendant longtemps sans dégrader ses performances”, a-t-il déclaré. “Notre recherche ne se concentre pas seulement sur la fabrication du nouveau catalyseur, mais également sur la compréhension de la mécanique de la réaction sous-jacente. Nous pensons que nos initiatives aideront à soutenir la compréhension fondamentale de la réaction de séparation de l’eau sur les catalyseurs et fourniront des informations importantes à d’autres chercheurs dans le domaine. ce domaine », a déclaré Park.

La forme du catalyseur compte

Une découverte clé, selon Park, était le rôle de la forme du catalyseur dans la output d’hydrogène. “La structure de surface area du catalyseur est très importante pour déterminer s’il est optimisé pour la generation d’hydrogène. C’est pourquoi nous essayons de contrôler la forme du catalyseur ainsi que l’interaction entre les métaux et le matériau du substrat”, a-t-il déclaré.

qui ne fonctionnent aujourd’hui que dans l’État de Californie, et les micro-réseaux. Puissance.

Alors que la recherche est bien avancée sur XYZ, l’équipe travaille actuellement avec des partenaires pour explorer de nouveaux matériaux pour une production efficace d’hydrogène à l’aide de l’intelligence artificielle (IA).