Une nouvelle méthode de production efficace d’hydrogène qui sépare la génération d’oxygène et d’hydrogène, développée par des chercheurs suédois, élimine les risques d’explosion et le besoin de métaux des terres rares, avec un taux d’efficacité de 99 %. Cette innovation promet une intégration plus facile avec les énergies renouvelables et présente un potentiel important d’application commerciale.
Des scientifiques suédois ont développé une méthode innovante pour générer de l’énergie hydrogène avec une efficacité accrue. Ce processus sépare l’eau en oxygène et hydrogène, éliminant ainsi la possibilité dangereuse de combinaison des deux gaz.
Développée au KTH Royal Institute of Technology de Stockholm, la nouvelle méthode découple le processus d’électrolyse standard pour produire de l’hydrogène gazeux, qui divise les molécules d’eau en appliquant un courant électrique. Contrairement aux systèmes actuels, il produit les gaz oxygène et hydrogène résultants séparément plutôt que simultanément dans la même cellule, où ils doivent être séparés par des barrières membranaires.
Cette séparation élimine la possibilité de mélange des gaz avec le risque d’explosion, explique le chercheur Esteban Toledo, titulaire d’un doctorat. étudiant à KTH qui a co-écrit l’article publié aujourd’hui dans Avancées scientifiques avec Joydeep Dutta, professeur de physique appliquée au KTH. Cela élimine également le besoin de métaux des terres rares.
Les deux chercheurs ont breveté le système et une société, Caplyzer AB, a été créée grâce à KTH Innovation pour faire évoluer la technologie.
Le co-auteur Esteban Toledo, doctorant au KTH Royal Institute of Technology, travaille avec le prototype de séparation de l’eau découplée à Stockholm, en Suède. Crédit : David Callahan
Viabilité et efficacité commerciales
Dutta affirme que l’efficacité faradique de l’hydrogène gazeux s’est avérée être de 99 pour cent. Les chercheurs rapportent également que les tests en laboratoire n’ont montré aucune dégradation apparente des électrodes suite à des tests à long terme, ce qui est important pour les applications commerciales.
La production d’hydrogène à partir de l’eau génère toujours de l’oxygène. Un électrolyseur alcalin typique comporte une électrode positive et une électrode négative appariées à l’intérieur d’une chambre d’eau alcaline, séparées par une barrière perméable aux ions. Lorsqu’un courant électrique est appliqué, l’eau réagit à la cathode en formant de l’hydrogène et des ions hydroxyde chargés négativement qui diffusent à travers la barrière jusqu’à l’anode pour produire de l’oxygène.
Mais la barrière provoque une résistance et si la charge électrique fluctue, le risque d’un mélange explosif entre l’oxygène et l’hydrogène est accru.
Toledo affirme que la reconceptualisation de l’électrolyse de l’eau ouvre la voie à une forme plus fiable de production d’énergie verte, intégrant des sources intermittentes telles que l’énergie solaire ou éolienne.
« Comme nous ne risquons pas de mélanger les gaz, nous pouvons fonctionner sur une plage de puissance d’entrée plus large », explique-t-il. « Il est alors beaucoup plus simple de coupler avec des énergies renouvelables qui fournissent généralement une puissance variable. »
Une nouvelle façon de produire de l’hydrogène gazeux, simplement et en toute sécurité, a été publiée aujourd’hui dans Science Advances. Crédit : David Callahan
La production simultanée de gaz est contournée en remplaçant l’une des électrodes par une électrode supercapacitive en carbone. Ces électrodes stockent et libèrent alternativement des ions, séparant ainsi efficacement la production d’hydrogène et d’oxygène.
Lorsque l’électrode est chargée négativement et produit de l’hydrogène, le supercondensateur stocke des ions hydroxyde (OH) riches en énergie. Lorsque la direction du courant est inversée, le supercondensateur libère l’OH absorbé et de l’oxygène est produit au niveau de l’électrode désormais positive.
« Une électrode fait évoluer à la fois l’oxygène et l’hydrogène », explique Dutta. «Cela ressemble beaucoup à une batterie rechargeable produisant de l’hydrogène – se chargeant et se déchargeant alternativement. Il s’agit de boucler le circuit.
La recherche a été financée en partie par Vinnova et Åforsk.
