Avancée : Hydrogène vert remplace l’iridium par l’eau
L’hydrogène présente un potentiel en tant que source de carburant écologique et puissant, à condition que son processus de production soit également durable sur le plan environnemental. Un rapport récent met en évidence les défis pour parvenir à un hydrogène véritablement vert, tandis qu’une nouvelle étude surmonte un obstacle dans sa production.
Selon une étude publiée aujourd’hui dans la revue Nature Energy, rédigée par Kiane de Kleijne de l’Université Radboud et de l’Université de technologie d’Eindhoven aux Pays-Bas, la production d’hydrogène entraîne souvent une augmentation des émissions de dioxyde de carbone (CO2) atmosphérique. Cela est en partie dû à l’implication de la production de gaz naturel.
Défis de la production d’hydrogène vert et de sa distribution mondiale
Il existe des méthodes plus respectueuses de l’environnement pour produire de l’hydrogène, telles que l’utilisation de l’énergie solaire ou éolienne pour alimenter le processus d’extraction à partir de molécules d’eau. Cependant, De Kleijne soutient que dans de tels cas, l’empreinte carbone de l’établissement de ces installations doit être prise en compte.
De plus, l’efficacité de l’énergie verte est maximale dans les régions abondantes en soleil et en vent, comme l’Afrique ou le Brésil. Par conséquent, l’hydrogène produit dans ces zones doit être transporté à l’échelle mondiale pour être utilisé, ce qui peut augmenter son empreinte carbone.
“Lorsque l’on considère l’ensemble du cycle de vie de cette manière, l’hydrogène vert entraîne souvent une réduction des émissions de CO2, bien que pas toujours”, explique De Kleijne. “Les réductions des émissions de CO2 sont généralement plus importantes lorsque l’énergie éolienne est utilisée plutôt que l’énergie solaire. Cette tendance devrait s’améliorer encore avec l’utilisation accrue d’énergies renouvelables dans la fabrication de composants tels que les éoliennes, les panneaux solaires et l’acier des électrolyseurs.”
Une avancée récente dans une méthode de production d’hydrogène largement utilisée, connue sous le nom de membrane à échange de protons (PEM), pourrait offrir une solution à court terme.
Électrolyse PEM et le défi de la disponibilité de l’iridium
L’électrolyse PEM consiste à électrolyser l’eau pour séparer les molécules d’hydrogène, sa respectabilité environnementale dépendant principalement de l’empreinte carbone de l’électricité utilisée. Elle est considérée comme écologique car elle ne produit que de l’oxygène comme sous-produit, pas de dioxyde de carbone.
Cependant, le défi réside dans l’utilisation de l’iridium, l’un des rares éléments capables de résister aux conditions acides extrêmes nécessaires pour séparer les molécules d’eau. Étant donné l’extrême rareté de l’iridium, l’un des métaux les plus rares de la Terre, l’expansion des installations PEM à grande échelle s’est avérée difficile.
Introduisant une étude récente de l’Institut des Sciences Photoniques (ICFO) en Espagne, qui est développée dans la vidéo accompagnante.
Développement de catalyseurs d’anode avec cobalt et tungstène à l’ICFO
En essence, les chercheurs de l’ICFO ont développé un catalyseur d’anode utilisant des éléments plus facilement disponibles, le cobalt et le tungstène. Pour protéger l’anode contre la dégradation anticipée lors du processus d’électrolyse, ils ont adopté une approche innovante en incorporant un oxyde de cobalt-tungstène avec de l’eau – le milieu dans lequel il opère.
“Au début du projet, nous étions intrigués par le rôle potentiel de l’eau elle-même en tant que facteur significatif dans l’électrolyse de l’eau”, explique Ranit Ram, l’auteur principal de l’étude. “Personne n’avait auparavant adapté l’eau et l’eau interfaciale de cette manière.”
Ainsi, pendant l’électrolyse, lorsque la nouvelle anode subissait une dégradation et une perte de matériau, l’eau et l’hydroxyde – des composés intégraux au processus – affluaient pour remplir les vides qu’elle créait. Cela créait une barrière aqueuse protectrice qui ralentissait le taux de dégradation de l’anode.
Dans les tests de réacteurs PEM, le nouveau matériau a montré des réalisations significatives.
“Nous avons obtenu une augmentation de cinq fois de la densité de courant, atteignant 1 A/cm² – une étape notable”, déclare le Dr Lu Xia, co-auteur. “De plus, nous avons maintenu la stabilité pendant plus de 600 heures à cette haute densité, ce qui constitue un record pour les catalyseurs non-iridium.”
Tout en reconnaissant que le nouvel alliage imprégné d’eau présente une stabilité plus courte par rapport aux anodes actuelles, les chercheurs soulignent son efficacité en démontrant une approche PEM indépendante des métaux rares. Ils mettent en lumière le potentiel de ce processus à utiliser des matériaux alternatifs, répondant aux préoccupations concernant le cobalt, souvent associé à des problèmes éthiques liés aux pratiques minières.
“Le cobalt, bien que plus abondant que l’iridium, soulève d’importantes préoccupations éthiques dans son approvisionnement”, explique le professeur García de Arquer de l’ICFO. “Cela motive notre exploration d’alternatives telles que le manganèse, le nickel et divers autres matériaux à travers le tableau périodique dans le cadre de notre stratégie de développement de catalyseurs.”
Lisez l’article original sur : New Atlas
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