Production plus efficace d'hydrogène "vert" grâce à un nouveau matériau combiné
Selon des chercheurs de l'université de Linköping en Suède, la réaction chimique permettant de produire de l'hydrogène à partir de l'eau est plusieurs fois plus efficace lorsqu'on utilise une combinaison de nouveaux matériaux en trois couches. L'hydrogène produit à partir de l'eau est une source d'énergie renouvelable prometteuse, surtout si l'hydrogène est produit à partir de la lumière du soleil.
Le matériau peut capter efficacement la lumière du soleil de sorte que l'énergie qu'il contient peut être utilisée pour la production d'hydrogène par la réaction photochimique de séparation de l'eau.
Olov Planthaber/Linköping University
La production de nouvelles voitures à essence et diesel sera interdite dans l'UE à partir de 2035. Les moteurs électriques devraient devenir de plus en plus courants dans les véhicules, mais ils ne conviennent pas à tous les types de transport.
"Les voitures particulières peuvent être équipées d'une batterie, mais les poids lourds, les navires ou les avions ne peuvent pas utiliser de batterie pour stocker l'énergie. Pour ces moyens de transport, nous devons trouver des sources d'énergie propres et renouvelables, et l'hydrogène est un bon candidat", explique Jianwu Sun, professeur associé à l'université de Linköping, qui a dirigé l'étude publiée dans le Journal of the American Chemical Society.
Les chercheurs de la LiU travaillent à la mise au point de matériaux pouvant être utilisés pour produire de l'hydrogène (H2) à partir d'eau (H2O) en utilisant l'énergie de la lumière du soleil.
L'équipe de recherche a précédemment montré qu'un matériau appelé carbure de silicium cubique (3C-SiC) possède des propriétés bénéfiques pour faciliter la réaction de séparation de l'eau en hydrogène et en oxygène. Le matériau peut capter efficacement la lumière du soleil de sorte que l'énergie qu'il contient peut être utilisée pour la production d'hydrogène par la réaction photochimique de séparation de l'eau.
Dans leur étude actuelle, les chercheurs ont développé un nouveau matériau combiné. Ce nouveau matériau se compose de trois couches : une couche de carbure de silicium cubique, une couche d'oxyde de cobalt et un matériau catalyseur qui aide à diviser l'eau.
"Il s'agit d'une structure très compliquée, c'est pourquoi nous nous sommes attachés dans cette étude à comprendre la fonction de chaque couche et la manière dont elle contribue à améliorer les propriétés du matériau. Le nouveau matériau est huit fois plus performant que le carbure de silicium cubique pur pour séparer l'eau en hydrogène", explique Jianwu Sun.
Lorsque la lumière du soleil frappe le matériau, des charges électriques sont générées, qui sont ensuite utilisées pour diviser l'eau. L'un des défis du développement de matériaux pour cette application est d'empêcher les charges positives et négatives de fusionner à nouveau et de se neutraliser l'une l'autre. Dans leur étude, les chercheurs montrent qu'en combinant une couche de carbure de silicium cubique avec les deux autres couches, le matériau, appelé Ni(OH)2/Co3O4/3C-SiC, devient plus apte à séparer les charges, rendant ainsi la séparation de l'eau plus efficace.
Aujourd'hui, on distingue l'hydrogène "gris" de l'hydrogène "vert". La quasi-totalité de l'hydrogène présent sur le marché est de l'hydrogène "gris" produit à partir d'un combustible fossile appelé gaz naturel ou gaz fossile. La production d'une tonne d'hydrogène gazeux "gris" entraîne l'émission de jusqu'à dix tonnes de dioxyde de carbone, ce qui contribue à l'effet de serre et au changement climatique. L'hydrogène "vert" est produit en utilisant de l'électricité renouvelable comme source d'énergie.
L'objectif à long terme des chercheurs de la LiU est de pouvoir utiliser uniquement l'énergie du soleil pour alimenter la réaction photochimique afin de produire de l'hydrogène "vert". La plupart des matériaux en cours de développement aujourd'hui ont un rendement compris entre 1 et 3 %, mais pour la commercialisation de cette technologie de l'hydrogène vert, l'objectif est de parvenir à un rendement de 10 %. La possibilité de piloter entièrement la réaction à l'aide de l'énergie solaire réduirait le coût de production de l'hydrogène "vert", par rapport à la production à l'aide d'électricité renouvelable supplémentaire, comme c'est le cas avec la technologie utilisée aujourd'hui. Jianwu Sun estime qu'il faudra cinq à dix ans à l'équipe de recherche pour mettre au point des matériaux permettant d'atteindre la limite de 10 % tant convoitée.
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Publication originale
Hui Zeng, Satoru Yoshioka, Weimin Wang, Zhongyuan Han, Ivan G. Ivanov, Hongwei Liang, Vanya Darakchieva, Jianwu Sun; "Manipulating Electron Structure through Dual-Interface Engineering of 3C-SiC Photoanode for Enhanced Solar Water Splitting"; Journal of the American Chemical Society, Volume 147, 2025-4-17
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