Un nouveau liquide peut simplifier le transport et le stockage de l'hydrogène
Au lieu de recourir à des réservoirs à haute pression ou à des liquides très froids, les industries pourraient utiliser des vecteurs d'hydrogène stables et faciles à manipuler à température ambiante
Des chercheurs de l'EPFL et de l'Université de Kyoto ont créé un liquide stable riche en hydrogène en mélangeant deux produits chimiques simples. Cette avancée pourrait rendre le stockage de l'hydrogène plus facile, plus sûr et plus efficace à température ambiante.
L'hydrogène peut être le carburant propre de l'avenir, mais il n'est pas simple de le faire passer du laboratoire à la vie de tous les jours. La plupart des matériaux riches en hydrogène sont solides à température ambiante, ou ne deviennent liquides que dans des conditions extrêmes, comme une pression élevée ou des températures de congélation.
Même des matériaux tels que le borane ammoniacal, un composé solide riche en hydrogène qui peut stocker beaucoup d'hydrogène, sont difficiles à utiliser car ils ne libèrent de l'hydrogène que lorsqu'ils sont chauffés, ce qui produit souvent des sous-produits indésirables.
La fabrication d'un liquide riche en hydrogène qui reste stable à des températures normales pourrait faciliter grandement le stockage et le transport de l'hydrogène. En fait, des efforts ont été déployés pour améliorer le stockage de l'hydrogène en modifiant la composition chimique des matériaux de stockage actuels ou en ajoutant des substances qui facilitent la libération de l'hydrogène.
Un domaine prometteur est celui des solvants eutectiques profonds (DES), qui sont des mélanges qui fondent à des températures inférieures à celles de leurs composants. Cet aspect est important pour le stockage de l'hydrogène, car les DES peuvent transformer des matériaux solides riches en hydrogène en liquides faciles à manipuler à des températures beaucoup plus basses. Jusqu'à présent, cependant, aucun de ces DES n'avait utilisé de composants hydrides, qui sont particulièrement riches en hydrogène et pourraient ouvrir de nouvelles voies pour stocker davantage d'hydrogène sous forme liquide.
Les scientifiques des groupes des professeurs Andreas Züttel à l'EPFL et Satoshi Horike à l'université de Kyoto ont mis au point le premier exemple de DES à base d'hydrure : un liquide transparent et stable riche en hydrogène qui reste liquide à température ambiante. Le nouveau DES peut contenir jusqu'à 6,9 % d'hydrogène en poids, dépassant ainsi plusieurs objectifs techniques pour le stockage de l'hydrogène, notamment ceux fixés pour 2025 par le ministère américain de l'énergie.
Pour fabriquer le nouveau DES, les chercheurs ont mélangé physiquement du borane d'ammoniac et du borohydrure de tétrabutylammonium en différentes quantités afin de déterminer quelle(s) combinaison(s) resterait(ent) liquide à température ambiante. Le bon rapport (entre 50 % et 80 % de borane d'ammoniaque) a produit un liquide stable qui est resté amorphe, c'est-à-dire qu'il n'a pas formé de cristaux, même à des températures froides.
En utilisant la spectroscopie, les chercheurs ont confirmé que les molécules formaient de fortes liaisons hydrogène, brisant leur structure solide habituelle et maintenant le mélange liquide jusqu'à moins 50 °C. Des tests ont montré que le nouveau liquide pouvait libérer de l'hydrogène lorsqu'il était chauffé à seulement 60 °C, une température bien inférieure à celle de la plupart des solides riches en hydrogène. Cela signifie que l'accès à l'hydrogène est plus facile et plus efficace, ce qui rend le stockage et l'utilisation beaucoup plus pratiques pour les applications réelles.
Le mélange de borane ammoniacal et de borohydrure de tétrabutylammonium crée un nouveau liquide riche en hydrogène qui ne cristallise pas dans des conditions normales. La transition vitreuse, c'est-à-dire le moment où le liquide devient vitreux, se produit à -50 °C, une température bien inférieure à nos conditions quotidiennes.
Le mélange reste stable pendant des semaines s'il est conservé au sec, et sa densité est l'une des plus faibles rapportées pour des liquides similaires. Lorsqu'il est chauffé, il libère de l'hydrogène pur à des températures relativement basses, sans produire beaucoup d'impuretés. Seule la partie ammoniaque-borane se décompose en premier, ce qui signifie que certaines parties du mélange pourraient être réutilisées.
Ce nouveau DES pourrait rendre le stockage et le transport de l'hydrogène beaucoup plus simples et plus sûrs. Au lieu de recourir à des réservoirs à haute pression ou à des liquides très froids, les industries pourraient utiliser des vecteurs d'hydrogène stables et faciles à manipuler à température ambiante.
Au-delà du stockage de l'hydrogène, ces résultats pourraient déboucher sur de nouveaux liquides personnalisés pour d'autres usages, tels que la production chimique ou l'énergie verte. Cette découverte ouvre de nouvelles voies pour la recherche sur l'hydrogène et la technologie énergétique pratique.
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