Marie Rousseau
Dans un monde où les températures sont continuellement as well as chaudes, un consensus croissant exige que les sources d’énergie aient des émissions de carbone nulles ou proches de zéro. Cela signifie se développer au-delà du charbon, du pétrole et du gaz naturel en obtenant moreover d’énergie à partir de sources renouvelables.
L’un des vecteurs d’énergie renouvelable les moreover prometteurs est l’hydrogène propre, qui est produit sans combustibles fossiles.
C’est une idée prometteuse auto l’élément le furthermore abondant dans l’univers est l’hydrogène, présent dans 75 % de toute la matière. De in addition, une molécule d’hydrogène a deux atomes appariés – des jumeaux Gemini qui sont à la fois non toxiques et hautement combustibles.
Le potentiel de combustion de l’hydrogène en fait un sujet attrayant pour les chercheurs en énergie du monde entier.
Au Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), une équipe étudie l’hydrogène comme moyen de stockage et de libération d’énergie, en grande partie en craquant ses liaisons chimiques. Une grande partie de leur travail est liée au consortium Hydrogen Elements-Advanced Analysis (HyMARC) du Office of Electricity (DOE).
Le stockage de l’hydrogène pas encore optimisé
Un axe de recherche du PNNL porte sur l’optimisation du stockage de l’hydrogène, une problem tenace. À ce jour, il n’existe aucun moyen totalement sûr, rentable et économe en énergie de stocker l’hydrogène à grande échelle.
Les chercheurs du PNNL ont récemment coécrit un article qui étudie une alternative de bicarbonate de soude comme moyen de stockage de l’hydrogène. L’étude a déjà été surnommée “warm paper” par la revue elle-même, Green Chemistry, publiée par la Royal Modern society of Chemistry. Cela signifie qu’il a eu beaucoup de clics montrant de l’intérêt.
Chimiste et membre du laboratoire PNNL, et son collègue Oliver Gutiérrez, un qualified pour rendre les réactions chimiques rapides et rentables.
“Vous devez être un peu créatif”, a déclaré Autrey, qui s’amuse de la façon dont le bicarbonate de soude est courant, bon marché et doux comme réponse potentielle à un gros problème. “Tous les produits chimiques ne seront pas efficaces pour stocker l’hydrogène. Vous devez travailler avec ce que Mère Nature vous donne.”
De l’hydrogène propre pour les besoins énergétiques à extensive terme
Autrey, Gutiérrez et d’autres au PNNL considèrent le stockage d’énergie de longue durée comme la clé de l’avenir de l’hydrogène en tant que vecteur d’énergie renouvelable.
La technologie de batterie actuelle est conçue pour plusieurs heures de stockage. Dans un réseau d’énergie renouvelable, les batteries peuvent gérer approximativement 80 % des besoins de stockage.
Mais “les derniers 20% adopteront des approches uniques”, a déclaré Autrey. “Nous voudrons stocker l’énergie excédentaire pour être préparé pour Dunkelflaute.”
C’est un mot allemand décrivant des situations sans suffisamment de potentiel d’énergie solaire et éolienne. Pendant les périodes sombres et sans vent de Dunkelflaute, les réseaux ont besoin d’un moyen de stocker l’énergie pendant plus que quelques heures.
Une capacité de stockage saisonnière comme celle-ci est l’un des attraits de l’hydrogène. Il en va de même pour le fait que le stockage de l’hydrogène peut se produire partout où il est “géographiquement agnostique”, comme le disent les authorities. L’hydroélectricité, par exemple, nécessite des différences d’élévation pour stocker l’eau en excès afin de produire de l’électricité. Le stockage de l’hydrogène ne nécessite aucune problem particulière liée à la géographie.
De as well as, a déclaré Autrey, à mesure que les échelles deviennent additionally grandes, l’hydrogène devient as well as économique. Il est moins cher d’acheter quelques réservoirs de stockage d’hydrogène supplémentaires que d’acheter beaucoup de batteries.
Trouver le meilleur moyen de stocker l’hydrogène
L’hydrogène propre est très prometteur comme resource d’énergie. Un processus appelé électrolyse, par exemple, peut diviser l’eau en hydrogène et en oxygène. Dans le meilleur des mondes, l’énergie nécessaire à l’électrolyse proviendrait de sources d’énergie renouvelables, notamment solaire, éolienne et géothermique.
Cependant, il reste un défi tenace : produire de l’hydrogène moins cher.
Pour y remédier, en 2021, le DOE a annoncé son initiative Power Earthshots, une série de six étapes visant à garantir des percées dans les systems d’énergie propre. Le premier a été le Hydrogen Shot, une quête visant à réduire le coût de l’hydrogène de 5 $ à 1 $ par kilogramme en une décennie – une réduction de 80 %.
Au-delà de la réduction des coûts de output d’hydrogène propre, “vous devez trouver remark le déplacer et le stocker”, a déclaré Autrey, qui sont des étapes qui peuvent faire remonter les prix.
Mais trouver le milieu idéal pour le stockage de l’hydrogène a été insaisissable.
L’hydrogène peut être comprimé en un gaz, mais cela nécessite des pressions très élevées – jusqu’à 10 000 livres par pouce carré. Un réservoir de stockage sûr nécessiterait des parois en acier très épais ou en fibre de carbone de qualité spatiale coûteuse.
Et l’hydrogène liquide cryogénique ? Il s’agit d’un aid de stockage éprouvé, mais qui nécessite d’obtenir et de conserver quelque chose de si froid (-471 F ou -279,4 C) que les coûts énergétiques périphériques sont importants.
Ce qui semble le moreover prometteur, ce sont les molécules liquides, optimisées pour stocker et libérer de l’hydrogène. Jamie Holladay, un professional en énergie durable, a récemment dirigé des recherches dirigées par le PNNL sur des stratégies in addition simples et additionally efficaces pour liquéfier l’hydrogène.
L’utilisation de ces liquides comme support de stockage présente l’avantage de maintenir en put les infrastructures énergétiques existantes, notamment les pipelines, les camions, les trains et les navires preneurs, a déclaré Gutierrez.
Le cycle bicarbonate-formiate
Vous voulez faire des cookies ? Ou stocker de l’énergie hydrogène ? Le bicarbonate de soude pourrait être le ticket. Ce sel de sodium de bicarbonate doux et bon marché est non toxique et abondant sur Terre.
Pas exactement du bicarbonate de soude. L’équipe du PNNL étudie les propriétés de stockage d’énergie de l’hydrogène du cycle bicarbonate-formiate longtemps étudié. (Le formiate est une molécule organique liquide douce et sans risk.)
Voici comment cela fonctionne : Les answers d’ions formiate (hydrogène et dioxyde de carbone) dans l’eau transportent de l’hydrogène à foundation de formiate de métal alcalin non corrosif. Les ions réagissent avec l’eau en présence d’un catalyseur. Cette réaction fait de l’hydrogène et des bicarbonates le “bicarbonate de soude” qu’Autrey admire pour son absence d’impacts environnementaux.
Avec les bons ajustements légers de la pression, le cycle bicarbonate-formiate peut être inversé. Cela fournit un interrupteur marche-arrêt pour une solution aqueuse qui peut alternativement stocker ou libérer de l’hydrogène.
Avant le bicarbonate de soude, l’équipe de stockage d’hydrogène du PNNL considérait l’éthanol comme un vecteur d’hydrogène organique liquide, le terme générique de l’industrie pour les supports de stockage et de transport. En tandem, ils ont développé un catalyseur qui libère l’hydrogène.
Les catalyseurs sont des additifs de conception qui accélèrent les processus utilisés pour créer et rompre les liaisons chimiques de manière économe en énergie.
En mai 2023, pour un projet lié à l’effort PNNL, EERE a accordé à OCOchem de Richland, Washington, un financement de 2,5 tens of millions de bucks sur deux ans pour développer un procédé électrochimique qui fabrique du formiate et de l’acide formique à partir de dioxyde de carbone. Le processus lierait le dioxyde de carbone à l’hydrogène situé dans la liaison chimique emblématique de l’eau, H2O.
Dans le cadre d’un partenariat qui vient de démarrer, PNNL développera des moyens de libérer l’hydrogène des produits OCOchem.
Stockage d’hydrogène qui “ressemble à de l’eau”
Dans le monde de la recherche sur le stockage de l’hydrogène, le cycle bicarbonate-formiate fait le buzz depuis un specific temps. Après tout, il est basé sur des matériaux abondants, ininflammables et non toxiques.
Le cycle est construit sur une option de stockage aqueuse si douce qu’elle “ressemble à de l’eau”, a déclaré Autrey. “Tu peux éteindre un feu avec.”
Mais pour que les sels de formiate-bicarbonate deviennent un moyen feasible de stocker l’énergie hydrogène, les chercheurs doivent encore développer des scénarios économiquement réalisables. Jusqu’à présent, la technologie stocke l’hydrogène à seulement 20 kilogrammes par mètre cube, par rapport à la norme industrielle de l’hydrogène liquide de 70.
Furthermore fondamentalement, a déclaré Autrey, les chercheurs ont besoin d’une compréhension au niveau des systèmes de l’électrochimie et de la catalyse requises. En termes d’ingénierie, à ce jour, l’idée d’un cycle bicarbonate-formiate exploitable a un faible niveau de préparation technique.
“Si nous résolvons les problèmes de catalyse”, a-t-il ajouté, “nous pourrions susciter un réel intérêt”.
“Une selected brillante incroyable”
Du côté positif, les solutions salines considérées au PNNL libèrent de l’hydrogène lors de la réaction avec l’eau. Ils fonctionnent également à des températures modérées et à de basses pressions.
Le cycle bicarbonate-formiate représente “une option verte réalisable pour stocker et transporter l’énergie” à partir de l’hydrogène.
L’idée du bicarbonate de soude est également au cœur de ce que l’article de 2023 appelle “plusieurs défis scientifiques urgents”.
Parmi eux, remark fabriquer un assist de stockage d’hydrogène à partir d’un excès de dioxyde de carbone capturé. Et même d’utiliser le même guidance pour stocker les électrons, ce qui offre la promesse des piles à combustible au formiate immediate.
De moreover, les travaux du PNNL pourraient apporter des éclairages pour la catalyse en stage aqueuse (eau). Pour l’instant, l’équipe du PNNL utilise le palladium comme catalyseur candidat. Leurs endeavours incluent la recherche de moyens de rendre le métal scarce plus secure, réutilisable et moreover resilient.
Dans l’ensemble, l’idée du bicarbonate de soude “est cette chose brillante incroyable” pour le stockage de l’hydrogène, a déclaré Autrey. “Ce qui est excitant, ce sont les possibilités.”
