Les ingénieurs de l'UIC ont développé une méthode pour produire de l'hydrogène à partir de l'eau en utilisant l'énergie solaire et les déchets agricoles, réduisant ainsi les besoins énergétiques de 600 %. Ce processus utilise du biochar pour réduire les besoins en électricité, atteindre une efficacité élevée et offrir des émissions nettes potentielles nulles.
Les ingénieurs de l'UIC ont introduit une méthode révolutionnaire pour produire de l'hydrogène gazeux en utilisant l'énergie solaire et les déchets agricoles, réduisant considérablement la consommation d'énergie et permettant des émissions nettes de gaz à effet de serre nulles.
Des ingénieurs de l'Université de l'Illinois à Chicago ont développé une nouvelle méthode pour produire de l'hydrogène gazeux à partir de l'eau en utilisant uniquement l'énergie solaire et des sous-produits agricoles comme le fumier et les cosses. Cette technique réduit de 600 % l’énergie nécessaire pour extraire l’hydrogène de l’eau, ouvrant ainsi la voie à une fabrication chimique plus durable et respectueuse de l’environnement.
Les carburants à base d’hydrogène sont l’une des sources d’énergie propre les plus prometteuses. Mais la production d’hydrogène gazeux pur est un processus énergivore qui nécessite souvent du charbon ou du gaz naturel et de grandes quantités d’électricité.
Approche innovante des ingénieurs UIC
Dans un article pour Rapports de cellules Science physiqueune équipe multi-institutionnelle dirigée par l'ingénieur de l'UIC Meenesh Singh dévoile le nouveau procédé de production d'hydrogène vert.
La méthode utilise une substance riche en carbone appelée biochar pour réduire la quantité d’électricité nécessaire à la conversion de l’eau en hydrogène. En utilisant des sources d’énergie renouvelables telles que l’énergie solaire ou éolienne et en capturant les sous-produits pour d’autres utilisations, le processus peut réduire les émissions de gaz à effet de serre à zéro.
« Nous sommes le premier groupe à montrer qu'il est possible de produire de l'hydrogène en utilisant de la biomasse à une fraction de volt », a déclaré Singh, professeur agrégé au département de génie chimique. « Il s'agit d'une technologie transformatrice. »
Le biochar est utilisé pour fabriquer de l'hydrogène plus propre. Crédit : enny Fontaine/UIC
Redéfinir l'électrolyse avec le biochar
L'électrolyse, le processus de division de l'eau en hydrogène et oxygène, nécessite un courant électrique. À l’échelle industrielle, des combustibles fossiles sont généralement nécessaires pour produire cette électricité.
Récemment, des scientifiques ont réduit la tension nécessaire à la division de l'eau en introduisant une source de carbone dans la réaction. Mais ce processus utilise également du charbon ou des produits chimiques coûteux et libère du dioxyde de carbone comme sous-produit.
Singh et ses collègues ont modifié ce processus pour utiliser à la place la biomasse provenant de déchets courants. En mélangeant du sulfurique acide avec les déchets agricoles, les déchets animaux ou les eaux usées, ils créent une substance semblable à une boue appelée biochar, riche en carbone.
L’équipe a expérimenté différents types de biocharbon fabriqués à partir d’enveloppes de canne à sucre, de déchets de chanvre, de déchets de papier et de fumier de vache. Lorsqu’elles sont ajoutées à la chambre d’électrolyse, les cinq variétés de biocharbon réduisent la puissance nécessaire pour convertir l’eau en hydrogène. Le produit le plus performant, la bouse de vache, a divisé par six les besoins électriques, à environ un cinquième de volt.
Le professeur agrégé Meenesh Singh, à droite, et le chercheur postdoctoral Rohit Chauhan travaillent dans le laboratoire de Singh à l'Université de l'Illinois à Chicago. Crédit : Jenny Fontaine/UIC
Réalisations et projets futurs
Les besoins énergétiques étaient suffisamment faibles pour que les chercheurs puissent alimenter la réaction avec une cellule solaire au silicium standard générant environ 15 milliampères de courant à 0,5 volt. C'est moins que la quantité d'énergie produite par une pile AA.
« C'est très efficace, avec près de 35 % de conversion du biochar et de l'énergie solaire en hydrogène », a déclaré Rohit Chauhan, co-auteur et chercheur postdoctoral au laboratoire de Singh. « Ce sont des chiffres record du monde ; c’est le niveau le plus élevé jamais démontré.
Pour rendre le processus net zéro, il doit capter le dioxyde de carbone généré par la réaction. Mais Singh a déclaré que cela pourrait également avoir des avantages environnementaux et économiques, tels que la production de dioxyde de carbone pur pour carbonater les boissons ou sa conversion en éthylène et en d'autres produits chimiques utilisés dans la fabrication du plastique.
« Cela diversifie non seulement l'utilisation des biodéchets, mais permet également la production propre de différents produits chimiques au-delà de l'hydrogène », a déclaré Nishithan Kani, diplômé de l'UIC, co-auteur principal de l'article. « Cette manière peu coûteuse de produire de l'hydrogène pourrait permettre aux agriculteurs de devenir autonomes pour leurs besoins énergétiques ou de créer de nouvelles sources de revenus. »
Orochem Technologies Inc., qui a parrainé la recherche, a déposé des brevets sur ses procédés de production de biocharbon et d'hydrogène, et l'équipe de l'UIC prévoit de tester les méthodes à grande échelle.
Outre Singh, Kani et Chauhan, l'article a été co-écrit par Rajan Bhawnani, étudiant diplômé de l'UIC. D'autres co-auteurs viennent de l'Université de Stanford, de la Texas Tech University, de l'Indian Institute of Technology Roorkee, de l'Université de Corée et d'Orochem Technologies Inc.
