Une technique pour obtenir de l'hydrogène "propre" grâce à l'énergie solaire

Publié le par Sciences & Avenir via M.E. (corrections)

L'hydrogène est considéré depuis des années comme une solution intéressante en matière d'énergie renouvelable. Des chercheurs suédois ont développé un nouveau procédé pour produire de l'hydrogène "propre" grâce à l'énergie solaire.

En captant l'énergie solaire, le carbure de silicium cubique permet d'obtenir de l'hydrogène en séparant la molécule d'eau. Thor Balkhed/LiU

Depuis quelques années les chercheurs se tournent de plus en plus vers les propriétés énergétiques et éco-responsables du dihydrogène, plus souvent connu sous le nom d'hydrogène. En tant qu'atome le plus présent dans l'Univers, il peut être considéré comme une ressource quasiment illimitée. Il permettrait de lutter contre l'augmentation des émissions de dioxyde de carbone (CO2) et le réchauffement climatique qui en résulte. De fait, Sciences et Avenir expliquait, dans un article précédent, qu'en 2020 la France a pris le pari d'investir sept milliards d'euros sur dix ans dans son plan hydrogène.

L'hydrogène, une source d'énergie "propre"

Des véhicules à pile à combustible carburant à l'hydrogène sont déjà disponibles sur le marché. Ces véhicules à hydrogène n'émettent que de l'eau et aucun gaz d'échappement, comme le COpar exemple. Cependant, à l'heure actuelle, l'hydrogène industriel est principalement produit par le formage à la vapeur de combustibles fossiles, tels que le gaz naturel. Cette pratique dépend de la disponibilité des combustibles fossiles et émet du CO2, un gaz à effet de serre. 

Le chercheur Jianwu Sun, de l'Université de Linköping (Suède), et son équipe, ont réalisé une étude sur un nouveau procédé produisant de l'hydrogène "propre", qu'ils détaillent dans la revue ACS Nano. Cette production d'hydrogène "vert" passe par la photo-électrolyse, une technique d'extraction de l'hydrogène, qui en utilisant l'énergie du soleil, décompose l'eau (H2O) en dioxygène (O2) d'un côté et en dihydrogène (H2) de l'autre. Les chercheurs se servent donc de la photo-électrolyse pour obtenir de l'hydrogène. Pour cela, ils utilisent un matériau nommé "carbure de silicium cubique et nanoporeux" (3C-SiC), capable de capter l'énergie solaire. Le but de ce procédé est donc de créer une énergie chimique renouvelable, stockable et propre. 

Utilisé comme vecteur d'énergie et non comme source d'énergie primaire, l'hydrogène solaire a une densité énergétique (énergie par unité de volume) élevée, trois fois supérieure à celle de l'essence. L'hydrogène produit à partir de la division de l'eau à l'aide de la lumière du soleil serait une approche durable, étant donné qu'elle n'émettrait pas de CO2. Cependant, les progrès de la recherche sont entravés par la faible efficacité de ce procédé. Tout l'intérêt du 3C-SiC nanoporeux est que son volume lui confère une plus grande efficacité pour la production d'hydrogène : en effet, il est plus performant que sa version plane (le carbure de silicium plat).

À long terme, l'objectif principal de cette recherche sur le carbure de silicium cubique et nanoporeux est de développer un carburant renouvelable pour répondre à une demande d'énergie plus respectueuse de l'environnement.

Une avancée encore à ses prémices

Même si le 3C-SiC nanoporeux est à même de produire de l'hydrogène stockable et transportable, pouvant servir de carburant, son utilisation pose plusieurs questions. A commencer par celle de la sécurité, que posent les dangers de fuite et d'inflammabilité. Actuellement, les véhicules commercialisés à pile combustible fonctionnant à l'hydrogène sont équipés d'une bouteille d'hydrogène spécialement conçue pour prévenir ces risques.

De plus, l'hydrogène produit par fragmentation de l'eau alimentée par l'énergie solaire a pour principal obstacle son faible rendement de conversion, s'exprimant par une perte d'énergie assez élevée. La conversion d'énergie (passage de l'énergie solaire à l'hydrogène) pourrait aller de 52 % à 72 % d'efficacité, soit une perte énergétique baissant de 48 % à 28 %. Pour commercialiser cette technique, le rendement de conversion doit être considérablement amélioré. 

Enfin, bien que cette méthode semble extrêmement prometteuse, elle serait probablement très coûteuse. Le coût devrait donc être réduit à un niveau comparable à celui de la production industrielle d'hydrogène. Le chemin à parcourir pour atteindre ces objectifs est encore long.

Source : https://www.sciencesetavenir.fr/nature-environnement/developpement-durable/quand-des-chercheurs-trouvent-une-nouvelle-maniere-d-obtenir-de-l-hydrogene_153116