Les scientifiques ont introduit une nouvelle technologie pour produire de l’hydrogène propre à partir d’ammoniac sans combustibles fossiles, offrant une alternative écologique aux véhicules fonctionnant à l’hydrogène et des applications prometteuses dans les domaines de l’énergie et des transports durables. Cette image représente le premier réacteur de décomposition d’ammoniac sans carbone. Crédit : Institut coréen de recherche énergétique
Le KIER a franchi une étape historique en Corée en produisant avec succès de l’hydrogène d’une pureté exceptionnelle à partir d’ammoniac, éliminant ainsi complètement les émissions de dioxyde de carbone.
L’équipe de recherche du Dr Jung Unho du Département de recherche sur l’hydrogène de l’Institut coréen de recherche énergétique (KIER) a développé la première technologie coréenne de production d’hydrogène propre. Cette approche innovante est basée sur la décomposition de l’ammoniac et n’utilise pas de combustibles fossiles. La percée de l’équipe pourrait ouvrir la voie à une source d’énergie plus durable et plus respectueuse de l’environnement. Cela permet de produire de l’hydrogène de haute pureté qui répond aux normes internationales pour les véhicules fonctionnant à l’hydrogène, sans les émissions de dioxyde de carbone produites par l’utilisation de combustibles fossiles.
L’ammoniac, un composé d’hydrogène et d’azote, a une densité de stockage d’hydrogène 1,7 fois supérieure à celle de l’hydrogène liquéfié, et il attire de plus en plus l’attention en tant que méthode de transport d’hydrogène la plus rentable. En particulier, comme il est utilisé dans divers domaines comme celui des engrais depuis plus de 100 ans, il est doté d’infrastructures, de manutention et de normes de sécurité. Elle est considérée comme la solution la plus pratique pour relever les défis du stockage et du transport de l’hydrogène.
Principes de base de la technologie de production d’hydrogène sans carbone à base d’ammoniac (ci-dessus). Comparaison de la technologie existante et de la technologie KIER (ci-dessous). Crédit : Institut coréen de recherche énergétique
Le processus de production d’hydrogène propre
L’ammoniac est constitué uniquement d’hydrogène et d’azote, donc aucun carbone n’est émis lorsque l’hydrogène est séparé. Le processus de décomposition nécessite un apport d’énergie thermique supérieure à 600 ℃ et, actuellement, des combustibles fossiles sont utilisés, ce qui entraîne l’émission de dioxyde de carbone. Par conséquent, pour produire de l’hydrogène propre, une source d’énergie sans carbone doit être utilisée, même lors du processus de décomposition de l’ammoniac.
En utilisant les petites quantités d’hydrogène et d’ammoniac résultant de la réaction de décomposition, les chercheurs ont pu produire de l’hydrogène sans recourir à des combustibles fossiles.
Chercheurs Jung Unho, Koo Kee Young et Park Youngha à droite. Crédit : Institut coréen de recherche énergétique
Pour générer de l’hydrogène pur à partir de l’ammoniac, la décomposition de l’ammoniac est effectuée à une température supérieure à 600 ℃ à l’aide d’un catalyseur au ruthénium (Ru), suivie de la purification de l’hydrogène grâce à la technologie d’adsorption modulée en pression (PSA). Lors de la mise en œuvre de ce procédé, un mélange gazeux résiduel d’azote et d’hydrogène est formé et transformé en élément chauffant pour le réacteur de décomposition de l’ammoniac. Malgré cela, le gaz résiduel à lui seul n’offre pas suffisamment de chaleur de réaction, il faut donc ajouter de la chaleur supplémentaire.
Surmonter les défis avec des solutions innovantes
Dans le cas de la technologie existante, la chaleur de réaction insuffisante est complétée par des combustibles fossiles tels que le gaz naturel (GNL) ou le gaz de pétrole liquéfié (GPL), de sorte que du dioxyde de carbone est émis lors de la combustion. Cependant, grâce au système développé cette fois-ci, en fournissant de l’ammoniac au lieu de combustibles fossiles, la chaleur de réaction peut être fournie et les émissions de dioxyde de carbone peuvent être bloquées à la source.
Grâce au système développé, de l’hydrogène de haute pureté de plus de 99,97 %, qui peut être fourni aux piles à combustible pour les véhicules électriques à hydrogène, est produit à raison de 5 Nm3 (environ 0,45 kg) par heure. De plus, l’hydrogène produit présente une concentration en impuretés inférieure à 300 ppm pour l’azote et inférieure à 0,1 ppm pour l’ammoniac. Il répondait à la norme ISO 14687, la norme internationale pour les véhicules électriques fonctionnant à l’hydrogène.
Système de production d’hydrogène à base d’ammoniac avec classe PEMFC de 1 kW. Crédit : Institut coréen de recherche énergétique
L’équipe de recherche a franchi une étape importante en démontrant un système de pile à combustible de 1 kW pour les bâtiments qui produit de l’électricité sans émettre de dioxyde de carbone, en utilisant de l’hydrogène extrait de l’ammoniac. Cette démonstration, menée en collaboration avec la BU (Business Unit) Doosan Fuel Cell Power, est d’une grande importance car elle permet de résoudre le problème des émissions de dioxyde de carbone, qui a été considéré comme un inconvénient des systèmes de piles à combustible basés sur le gaz naturel (GNL). Il montre le potentiel de production d’électricité à l’aide de piles à combustible à hydrogène propre.
Selon le chercheur principal, le Dr Jung Unho, la technologie nouvellement développée revêt une grande importance car elle permet de produire de l’hydrogène sans carbone à l’aide d’ammoniac, comblant ainsi une lacune antérieure dans ce domaine. On espère qu’il trouvera une application pratique dans divers domaines utilisant de l’hydrogène propre. Dans ses remarques, il a ajouté : « La combinaison de l’ammoniac et des piles à combustible présente une option viable pour alimenter les éco-navires. Et à mesure que nous grandissons, nous pouvons également avoir un impact significatif dans le secteur de l’énergie propre à l’hydrogène.
Parallèlement, cette recherche a été menée avec le soutien de Korea Southern Power Co., Ltd. (KOSPO).
