Une nouvelle méthode de production d’hydrogène vert, introduite par les chercheurs du Technion, exploite les énergies renouvelables pour constituer une alternative plus propre, efficace et rentable aux combustibles fossiles, marquant une avancée significative dans la lutte contre le réchauffement climatique. Crédit : Issues.fr.com
Le groupe de recherche du professeur Avner Rothschild au Technion – Institut israélien de technologie a développé une nouvelle technologie verte pour produire de l’hydrogène.
Un groupe de chercheurs de la Faculté des sciences et de l’ingénierie des matériaux du Technion présente une nouvelle technologie permettant de produire de l’hydrogène vert à l’aide d’énergies renouvelables. Leur percée a été récemment publiée dans Matériaux naturels. La nouvelle technologie présente des avantages significatifs par rapport à d’autres procédés de production d’hydrogène vert, et son développement en technologie commerciale réduira probablement les coûts et accélérera l’utilisation de l’hydrogène vert comme alternative propre et durable aux combustibles fossiles.
L’utilisation de l’hydrogène comme carburant au lieu du charbon, de l’essence et du gaz « naturel » réduira l’utilisation de ces carburants et les émissions de gaz à effet de serre provenant de diverses sources, notamment les transports, la production de matériaux et de produits chimiques et le chauffage industriel. Contrairement à ces carburants, qui émettent du dioxyde de carbone dans l’atmosphère lorsqu’ils brûlent dans l’air, l’utilisation de l’hydrogène produit de l’eau et est donc considérée comme un carburant propre.
Cependant, le moyen le plus courant de produire de l’hydrogène consiste à utiliser du gaz naturel (ou du charbon) et le processus émet de grandes quantités de dioxyde de carbone dans l’atmosphère, annulant ainsi ses avantages en tant qu’alternative verte et durable aux combustibles fossiles. En 2022, la consommation mondiale d’hydrogène s’élevait à environ 95 millions de tonnes, une quantité adaptée à l’amélioration de divers produits pétroliers, et notamment à la production d’ammoniac, nécessaire à la fabrication d’engrais agricoles.
De droite à gauche : Dr Anna Breytus, Matan Sananis, Dr Yelena Davidova et Ilya Slobodkin. Crédit : Technion
La quasi-totalité de l’hydrogène consommé aujourd’hui est produit à partir de combustibles fossiles, c’est pourquoi on l’appelle « hydrogène gris » (fabriqué à partir de méthane) ou « hydrogène noir » (fabriqué à partir de charbon). La production d’hydrogène par ces méthodes est responsable d’environ 2,5 % des émissions mondiales annuelles de dioxyde de carbone dans l’atmosphère dues aux actions humaines. Remplacer l’hydrogène gris par de l’hydrogène vert est nécessaire afin de réduire cette source importante d’émissions et de remplacer les combustibles fossiles polluants par de l’hydrogène propre et durable.
Diverses estimations prévoient que l’hydrogène vert devrait représenter environ 10 % du marché mondial de l’énergie avec des émissions nettes nulles – l’objectif actuel pour atténuer le changement climatique et le réchauffement climatique dû à l’effet de serre dû à l’augmentation de la concentration de dioxyde de carbone dans l’hydrogène. atmosphère. C’est la raison de l’énorme importance de l’hydrogène vert dans la lutte contre le réchauffement climatique.
Avancées technologiques en électrolyse
L’hydrogène vert est produit par électrolyse – décomposition électrochimique de l’eau en oxygène et hydrogène en utilisant de l’énergie provenant de sources renouvelables telles que le vent et le soleil. L’électrolyse a été découverte il y a plus de 200 ans et a depuis connu de nombreux développements et améliorations. Cependant, il reste encore trop cher pour produire de l’hydrogène vert à un prix compétitif.
L’un des défis technologiques qui limitent l’utilisation de l’électrolyse pour produire de grandes quantités d’hydrogène vert – des quantités qui aideraient à réaliser les plans visant à atteindre zéro émission nette de carbone – est la nécessité de membranes, de joints et de composants d’étanchéité coûteux pour séparer les composants cathodique et anodique. compartiments.
Professeur Avner Rothschild. Crédit : Technion
Il y a plusieurs années, les chercheurs du Technion ont présenté une technique d’électrolyse innovante et efficace qui ne nécessite ni membrane ni joint d’étanchéité pour séparer les deux parties de la cellule, puisque l’hydrogène et l’oxygène sont produits à différentes étapes du processus, contrairement à l’électrolyse classique. où ils sont créés simultanément.
Ce nouveau procédé, appelé E-TAC, a été développé par le Dr Hen Dotan et le Dr Avigail Landman sous la supervision du professeur Avner Rothschild et du professeur Gideon Grader. Ils se sont associés à l’entrepreneur Talmon Marco pour exploiter le potentiel du procédé et développer des applications commerciales.
Détails de la nouvelle technologie
Les chercheurs du groupe du professeur Rothschild au Technion présentent aujourd’hui un nouveau procédé par lequel l’hydrogène et l’oxygène sont produits simultanément dans deux cellules distinctes, contrairement au procédé E-TAC où ils sont produits dans la même cellule mais à des étapes différentes. Le nouveau processus a été développé par Ilia Slobodkin dans le cadre de sa thèse de maîtrise, avec l’aide de la chercheuse principale Elena Davydova et du Dr Anna Breytus et de l’étudiant à la maîtrise Matan Sananis.
Ce nouveau procédé contourne les défis opérationnels et les limites de l’électrode solide où l’oxygène est produit dans la technique E-TAC en le remplaçant par un électrolyte aqueux NaBr dans l’eau. Ce remplacement ouvre la voie à un processus continu (par opposition à un processus par lots avec E-TAC) et supprime le besoin de faire circuler alternativement des électrolytes froids et chauds à travers la cellule.
Les anions bromure dans l’électrolyte sont oxydés en bromate tout en produisant de l’hydrogène dans une cathode, puis ils s’écoulent avec l’électrolyte aqueux vers une cellule différente, où ils sont ramenés à leur état d’origine tout en produisant en même temps de l’oxygène, et ce processus ne cesse de se répéter. De cette manière, l’hydrogène et l’oxygène sont produits simultanément dans deux cellules distinctes dans un processus continu sans aucun changement de température, contrairement à l’E-TAC.
De plus, l’oxygène est produit dans l’électrolyte aqueux et non dans l’électrode solide comme dans l’E-TAC, et il ne dépend donc pas des limitations de débit et de capacité typiques de ces types d’électrodes, telles que les batteries rechargeables.
Dans l’article publié dans Matériaux naturelsles chercheurs décrivent leurs expériences de base qui prouvent la faisabilité préliminaire du procédé proposé et présentent des résultats qui démontrent sa grande efficacité et sa capacité à fonctionner avec un courant électrique élevé, ce qui signifie que l’hydrogène peut être produit à un rythme élevé.
Dans le même temps, il reste encore un long chemin à parcourir pour développer une nouvelle technologie basée sur les avancées scientifiques décrites dans l’article. Une telle technologie est susceptible de surmonter les nombreux obstacles sur la voie de la production industrielle d’hydrogène vert comme alternative durable aux combustibles fossiles.
Le professeur Rothschild est membre du programme énergétique Nancy et Stephen Grand Technion, du Stewart et Lynda Resnick Sustainability Center for Catalysis et de l’Institut national de recherche sur le stockage d’énergie. La recherche a été soutenue par le ministère de l’Innovation, de la Science et de la Technologie et par le Prix de la solution climatique du JNF-KKL.
