Nouvelle méthode de recyclage durable des terres rares dans les électrolyseurs
Transformer l'ancien en nouveau
Les cellules d'électrolyse de l'hydrogène contiennent des terres rares. Une fois qu'une cellule d'électrolyse a fait son travail, les matériaux qu'elle contient finissent actuellement en ferraille d'acier. Une équipe de chercheurs de la TU Bergakademie Freiberg étudie actuellement la manière dont les matériaux recyclables peuvent être récupérés à partir des cellules d'électrolyse usagées afin d'être utilisés directement pour de nouvelles cellules. Les chercheurs publient actuellement leur nouvelle méthode dans la revue scientifique "Journal of Sustainable Metallurgy".
L'engouement pour l'hydrogène en fait des matières premières recherchées pour l'avenir de l'énergie : il s'agit de ce que l'on appelle les métaux des terres rares, tels que le scandium, le lanthane et le cérium. En effet, les cellules d'électrolyse à oxyde solide destinées à la production d'hydrogène contiennent environ 150 kilogrammes de métaux des terres rares par module de 10 mégawatts. Selon les derniers résultats obtenus par l'équipe de la TU Bergakademie Freiberg, ces métaux peuvent être récupérés à partir des électrodes des cellules d'électrolyse à l'aide de procédés hydrométallurgiques - et donc réutilisés à l'avenir à la place des matières premières primaires.
Les chercheurs ont déjà démontré leur nouvelle méthode de recyclage en laboratoire : "Les résultats publiés aujourd'hui ont été obtenus à une petite échelle de 0,2 gramme de matériau cellulaire par test, mais nous travaillons déjà sur le transfert des résultats à une plus grande échelle de laboratoire, allant actuellement jusqu'à 50 grammes", explique le Dr Pit Völs, chercheur.
Traitement écologique des métaux demandés
L'équipe s'est concentrée sur les méthodes de recyclage hydrométallurgique, en particulier la lixiviation, qui consiste à transférer les oxydes métalliques dans une solution aqueuse. "Pour ce faire, nous séparons d'abord mécaniquement le composite d'électrodes et d'électrolytes solides de l'acier, qui est utilisé comme couche de séparation et pour le contact électrique des cellules", explique le Dr Pit Völs. "Nous utilisons ensuite des acides pour extraire les métaux des terres rares des électrodes, ce que nous sommes en train d'étudier".
Dans la suite du projet, les métaux des terres rares seront ensuite séparés les uns des autres à l'aide de produits chimiques respectueux de l'environnement et recyclés. L'approche de recyclage mise au point sera également évaluée à l'aide d'une analyse du cycle de vie basée sur la simulation.
Transformer le vieux en neuf
Les résultats ont été obtenus dans le cadre du projet de recherche GrInHy3.0 en collaboration avec des partenaires industriels. L'objectif global est de développer une nouvelle technologie pour la production d'hydrogène dans les cellules d'électrolyse à oxyde solide, comme l'explique le chef de projet à la TU Bergakademie Freiberg, le professeur Alexandros Charitos : "Cette technologie permettra de réintégrer les métaux recyclés dans le cycle des matériaux. À long terme, cela devrait minimiser l'impact environnemental du futur flux de déchets généré lors de la production d'hydrogène."
La technologie de production d'hydrogène sera validée dans des conditions d'exploitation réelles dans les installations d'essai des partenaires du projet, le fabricant d'électrolyseurs Sunfire SE et le producteur d'acier Salzgitter Flachstahl GmbH, au cours des trois prochaines années. L'usine devrait à l'avenir produire 14 kilogrammes d'hydrogène par heure.
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