Copeaux de déchets métalliques utilisés expérimentalement pour les transformer en un catalyseur très efficace pour produire de l'hydrogène à partir de l'eau, une découverte qui pourrait rendre la production d'hydrogène plus durable. Crédit : Université de Nottingham
Les chercheurs ont développé une méthode pour convertir les déchets métalliques en un catalyseur efficace pour produire de l’hydrogène à partir de l’eau, une avancée qui pourrait améliorer la durabilité de la production d’hydrogène.
Une équipe de chercheurs de l'École de chimie et de la Faculté d'ingénierie de l'Université de Nottingham a découvert que la surface des copeaux, un sous-produit de l'industrie de l'usinage des métaux, est texturée avec de minuscules marches et rainures sur un à l'échelle nanométrique niveau. Ces textures peuvent ancrer des atomes de platine ou de cobalt, conduisant à un électrocatalyseur efficace capable de diviser l’eau en hydrogène et oxygène. La recherche a été publiée dans le Journal de chimie des matériaux A de la Société Royale de Chimie.
L’hydrogène est un carburant propre qui peut être utilisé pour générer de la chaleur ou alimenter des véhicules, et le seul sous-produit de sa combustion est la vapeur d’eau. Cependant, la plupart des méthodes de production d’hydrogène reposent sur des combustibles fossiles. L’électrolyse de l’eau est l’une des voies vertes les plus prometteuses pour la production d’hydrogène, car elle ne nécessite que de l’eau et de l’électricité.
L'industrie est confrontée à un défi avec l'électrolyse de l'eau, car ce processus nécessite des éléments rares et coûteux comme le platine pour catalyser la division de l'eau. Compte tenu de l’offre mondiale limitée et de l’augmentation des prix des métaux précieux, il existe un besoin urgent de matériaux électrocatalyseurs alternatifs pour produire de l’hydrogène à partir de l’eau.
Solutions innovantes à partir de déchets industriels
Dr Jesum Alves Fernandes, École de chimie, Université de Nottingham, qui a dirigé l’équipe de recherche, a déclaré : « Les industries du Royaume-Uni génèrent à elles seules des millions de tonnes de déchets métalliques chaque année. En utilisant un microscope électronique à balayage, nous avons pu inspecter les surfaces apparemment lisses de l'acier inoxydable, du titane ou du nickel. alliage copeaux. À notre grand étonnement, nous avons découvert que les surfaces présentaient des rainures et des crêtes qui ne mesuraient que quelques dizaines de nanomètres de large. Nous avons réalisé que cette surface nanotexturée pourrait présenter une opportunité unique pour la fabrication d’électrocatalyseurs.
Les chercheurs ont utilisé la pulvérisation magnétron pour créer un platine atome « pluie » sur la surface des copeaux. Ces atomes de platine se rassemblent ensuite en nanoparticules qui s’intègrent parfaitement dans les sillons nanométriques.
Production d'hydrogène à partir d'eau catalysée par des atomes de platine sur des copeaux métalliques. Crédit : Université de Nottingham
Le Dr Madasamy Thangamuthu, chercheur postdoctoral à l'Université de Nottingham, responsable de l'analyse de la structure et de l'activité électrocatalytique des nouveaux matériaux, déclare : « Il est remarquable que nous soyons capables de produire de l'hydrogène à partir de l'eau en utilisant seulement un dixième de la quantité de platine chargée par rapport aux catalyseurs commerciaux de pointe. En répandant seulement 28 microgrammes de métal précieux sur 1 cm² de copeaux, nous avons pu créer un électrolyseur à l'échelle du laboratoire qui fonctionne avec une efficacité de 100 % et produit 0,5 litre d'hydrogène gazeux par minute à partir d'un seul morceau de copeaux.
Le groupe s'associe à AqSorption Ltd, une société basée à Nottingham spécialisée dans la conception et la fabrication d'électrolyseurs pour développer leur technologie. Le professeur Andrei Khlobystov, de l'École de chimie de l'Université de Nottingham, a déclaré : « Les électrocatalyseurs fabriqués à partir de copeaux ont le potentiel d'avoir un impact considérable sur l'économie. Notre technologie unique développée à Nottingham, qui implique la croissance atome par atome de particules de platine sur des surfaces nanotexturées, a résolu deux défis majeurs. Premièrement, il permet de produire de l’hydrogène vert en utilisant le moins de métaux précieux possible, et deuxièmement, il valorise les déchets métalliques de l’industrie aérospatiale, le tout en un seul processus.
Le Zero Carbon Cluster a été créé dans les East Midlands pour accélérer le développement et le déploiement de l'innovation dans les industries vertes et la fabrication de pointe.
Le professeur Tom Rodden, PVC for Research & Knowledge Exchange à l'Université de Nottingham, déclare : « Le développement de systèmes de propulsion à hydrogène peut constituer une étape importante vers la résolution de certains des défis zéro carbone les plus urgents au monde, en particulier pour les secteurs du transport et de la fabrication. Cependant, le succès de cette stratégie dépend de la production durable d'hydrogène vert, par exemple par séparation de l'eau par électrolyse, ce qui nécessite à son tour des progrès dans la conception des matériaux.
Ce travail, financé par la subvention du programme EPSRC « Atomes métalliques sur les surfaces et interfaces (MASI) pour un avenir durable », représente une étape importante vers la réduction de la dépendance à l'égard de métaux coûteux pour la production d'hydrogène, contribuant ainsi de manière significative à l'économie circulaire et à faible émission de carbone.
