Un catalyseur de séparation de l'eau crée de l'hydrogène à basse température
La nouvelle méthode de production d'hydrogène des chercheurs de Birmingham est moins coûteuse que les méthodes existantes
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Des recherches menées par l'université de Birmingham ont mis en évidence une nouvelle méthode de production d'hydrogène à basse température qui convient à la fois à la production centralisée d'hydrogène et à la production locale à partir de la chaleur résiduelle d'installations industrielles à grande échelle.
Des scientifiques dirigés par le professeur Yulong Ding ont démontré qu'il était possible de réduire de 500oC la température de la scission thermochimique, où un catalyseur sépare l'eau en hydrogène et en oxygène, en utilisant un catalyseur en pérovskite.
University of Birmingham
L'hydrogène est l'élément le plus abondant dans l'univers et constitue un vecteur d'énergie propre et respectueux de l'environnement. Contrairement aux combustibles fossiles, qui produisent des émissions nocives et du dioxyde de carbone, il ne produit que de la chaleur et de l'eau lors de la combustion et peut également alimenter des piles à combustible qui produisent de l'électricité. Bien que l'hydrogène soit exempt de carbone au point d'utilisation, 95 % de la production actuelle repose sur les combustibles fossiles.
La séparation thermochimique, où un catalyseur sépare l'eau en hydrogène et en oxygène, apparaît comme une méthode prometteuse pour la production d'hydrogène. Cependant, les catalyseurs actuels divisent l'eau à 700-1000oCet ont besoin de températures comprises entre 1300 et 1500oCpour se régénérer entre les cycles de division de l'eau.
Des scientifiques dirigés par le professeur Yulong Ding, de l'école d'ingénierie chimique de l'université, ont démontré qu'il était possible de réduire la température de 500°C en utilisant un catalyseur en pérovskite.
Leur recherche, publiée dans l'International Journal of Hydrogen Energy, a montré que le catalyseur peut produire des rendements substantiels d'hydrogène dans une plage de températures allant de 150 à 500oC, et être régénéré à des températures comprises entre 700 et 1000oC.
Le professeur Ding a déclaré : "La température globale plus basse du processus pourrait permettre de produire de l'hydrogène à proximité des installations de production d'énergie renouvelable, et les secteurs industriels de base tels que l'acier, le ciment, le verre et les produits chimiques disposent d'une abondance de chaleur résiduelle qui pourrait être exploitée comme apport de chaleur pour la production d'hydrogène à basse température. L'utilisation locale de l'hydrogène permettrait de surmonter les obstacles liés au stockage et au transport, ce qui favoriserait l'adoption de l'hydrogène comme carburant sans nécessiter d'infrastructures coûteuses.
Une analyse provisoire de la compétitivité des coûts a montré que le fractionnement de l'eau à l'aide du catalyseur pérovskite peut fournir de l'hydrogène à un coût inférieur à celui de l'hydrogène vert (produit à partir de l'eau par électrolyse) ou de l'hydrogène bleu (produit à partir du méthane avec piégeage et stockage du carbone). L'avantage en termes de coût était le plus prononcé dans les régions où les tarifs des énergies renouvelables sont bas, comme en Australie.
Les recherches ont été menées dans le cadre d'une collaboration avec l'Université des sciences et technologies de Pékin (USTB) et sont commercialisées au Royaume-Uni et en Europe par l'Université de Birmingham. L'entreprise de l'université de Birmingham a déposé une demande de brevet portant sur l'utilisation de catalyseurs BNCF pour la séparation de l'eau à basse température et recherche actuellement des partenaires de développement pour faire progresser cette approche prometteuse.
Pourquoi le fractionnement thermochimique ?
L'hydrogène est l'élément le plus abondant dans l'univers, mais il est relativement rare sur terre sous la forme d'hydrogène gazeux pur. On le trouve principalement lié à d'autres molécules, le plus souvent de l'eau et des hydrocarbures tels que le gaz naturel contenant principalement du méthane, du charbon ou du pétrole. Ces molécules doivent être scindées en leurs éléments constitutifs pour produire de l'hydrogène.
La méthode de production d'hydrogène la plus répandue consiste à diviser le méthane par reformage à la vapeur. Cette méthode représente près de la moitié de l'hydrogène produit aujourd'hui, mais elle produit duCO2 en tant que sous-produit, ce qui compromet son potentiel en tant que source d'énergie sans carbone, à moins qu'elle ne soit couplée au piégeage et au stockage du carbone. L'électrolyse est une méthode plus écologique de production d'H2, mais elle est en concurrence avec l'hydrogène moins cher généré par le fractionnement du méthane, et ne fournit donc que 4 % de l'H2 fourni. Les méthodes photoniques utilisent la lumière pour piloter la conversion chimique de l'eau en hydrogène, mais elles n'en sont qu'à leurs débuts et doivent relever des défis importants en termes d'efficacité, d'évolutivité et de rentabilité.
À propos du catalyseur pérovskite
Les pérovskites sont des matériaux en forme de treillis qui peuvent absorber des molécules d'oxygène dans leur structure et diviser les molécules contenant de l'oxygène en leurs éléments constitutifs.
Bien que les pérovskites se présentent sous de nombreuses formes, les chercheurs se sont concentrés sur celles fabriquées à partir de baryum, de niobium, de calcium et de fer (pérovskites BNCF), qui sont facilement disponibles, ne nécessitent pas de synthèse complexe et ne contiennent pas d'ingrédients toxiques.
Leurs recherches ont démontré qu'une pérovskite BNCF accepte l'oxygène dans ses structures à des températures beaucoup plus basses qu'on ne le pensait auparavant. Une pérovskite appelée BNCF100 s'est avérée être la formulation optimale, et l'étude a confirmé que le catalyseur peut être régénéré à des températures plus basses que les catalyseurs actuels de séparation de l'eau, et qu'il conserve sa capacité à produire de l'hydrogène sur 10 cycles de production. La diffraction des rayons X a montré peu de signes de changement structurel dans le catalyseur tout au long du processus.
Le professeur Ding a déclaré : "Notre recherche a révélé un catalyseur capable de produire des rendements substantiels d'hydrogène à des températures relativement basses, et une étude technico-économique préliminaire montre qu'il est rentable par rapport aux voies bleue et verte établies pour la production d'hydrogène".
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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