Des scientifiques de l'Université Central South en Chine ont développé un nouveau système de catalyseur qui pourrait révolutionner la production d'hydrogène propre en permettant de générer de l'hydrogène à partir de méthane à des températures plus basses, tout en s'attaquant simultanément au défi de l'accumulation de carbone qui nuit aux méthodes existantes.
L'hydrogène est un vecteur énergétique très convoité en raison de son empreinte écologique et de sa capacité à alimenter des piles à combustible, mais la plupart de l'hydrogène commercial est aujourd'hui fabriqué à partir de combustibles fossiles dans le cadre de processus à forte intensité énergétique qui émettent de grandes quantités de dioxyde de carbone.
Alors que la décomposition directe du méthane offre une voie plus simple et théoriquement neutre en carbone, les approches actuelles nécessitent des températures très élevées et perdent rapidement leur efficacité en raison de l’accumulation de dépôts de carbone à la surface du catalyseur.
La percée, publiée dans Nexus Énergie Environnementse concentre sur une nouvelle famille de catalyseurs appelés spinelles d'aluminate de nickel et de magnésium dopés au Fe. En ajustant avec précision le réseau cristallin des matériaux étiquetés NiOMgAl2-xFexÔ4l'équipe a conçu de nouvelles distorsions dans les liaisons atomiques qui optimisent les interactions entraînant la décomposition du méthane.
Cet ajustement intelligent a permis d'augmenter les rendements en hydrogène à des températures aussi basses que 650 °C et de réduire considérablement « l'empoisonnement » au carbone qui limite la durée de vie des catalyseurs.
Lors de tests expérimentaux, le catalyseur le plus performant a atteint un taux de conversion du méthane supérieur à 91 %, avec une pureté d’hydrogène tout aussi élevée, dans des conditions relativement douces. Le catalyseur a également démontré une stabilité remarquable.
Même après 20 cycles complets de conversion du méthane et de nettoyage assisté par dioxyde de carbone, il a conservé l’essentiel de son activité, ce qui laisse présager une voie pratique pour une exploitation à long terme en milieu industriel.
« Nos travaux montrent que les distorsions du réseau cristallin, adaptées au dopage au fer, sont cruciales à la fois pour activer le méthane et pour favoriser une libération efficace d'hydrogène », a déclaré l'auteur correspondant Zhiqiang Sun.
« Ces résultats révèlent non seulement de nouvelles connaissances scientifiques, mais pourraient faire progresser considérablement la conception de catalyseurs pour la production d'hydrogène à grande échelle. »
En permettant la création d'hydrogène à basse température et en offrant une résilience au blocage du carbone, cette technologie ouvre la voie à des méthodes de production moins chères et plus écologiques, avec des avantages potentiels pour les transports propres, les processus industriels durables et la transition énergétique mondiale.
Le processus produit également du carbone sous forme de sous-produit solide, qui peut être récupéré pour des utilisations industrielles précieuses, améliorant ainsi encore davantage l’économie de la production d’hydrogène propre.
