Des chercheurs inventent une façon de produire 25 fois plus d'hydrogène que les procédés actuels

Avec sa promesse « zéro émission », l’hydrogène constituerait un bon moyen de réduire notre dépendance aux combustibles fossiles si nous parvenions à réduire son coût de production. Récemment, des scientifiques japonais ont dévoilé une nouvelle approche permettant d’en produire efficacement en utilisant de la rouille et une source lumineuse.

Remplacer le titane par la rouille pour produire efficacement de l’hydrogène

Ce nouveau dispositif ne nécessite que quelques ingrédients de base – la lumière d’une lampe au mercure-xénon, une solution d’eau et de méthanol, et un type particulier de rouille (ou oxyde de fer) appelé α-FeOOH. Dans cette nouvelle étude parue dans la revue Chemistry – A European Journal, les chercheurs estiment que cette méthode permet de produire 25 fois plus d’hydrogène que les techniques existantes qui utilisent des catalyseurs au dioxyde de titane.

L’un des plus grands défis de la production de carburant à base d’hydrogène consiste à séparer les atomes d’hydrogène des autres molécules et à les maintenir ainsi sans que tout n’explose. Avec cette nouvelle méthode, où le titane est remplacé par la rouille, l’hydrogène gazeux généré semble ne pas pouvoir se coupler avec l’oxygène, ce qui facilite la séparation des éléments et réduit en même temps le risque d’explosion.

Cette inflammabilité est l’une des raisons pour lesquelles l’hydrogène ne s’est pas encore démocratisé. L’autre raison principale restant que la séparation de l’hydrogène (de l’eau, du méthane ou d’autres éléments similaires) nécessite généralement une quantité phénoménale d’énergie.

« Nous avons été très surpris par la production d’hydrogène à l’aide de ce catalyseur, car la plupart des oxydes de fer ne sont pas connus pour se réduire en hydrogène », explique le spécialiste des matériaux Ken-ichi Katsumata, de l’université des sciences de Tokyo au Japon.

« Par la suite, nous avons recherché la condition d’activation de α-FeOOH et avons découvert que l’oxygène était un facteur indispensable, ce qui a été la deuxième surprise car de nombreuses études ont suggéré que l’oxygène empêchait la production d’hydrogène en capturant les électrons excités. »

Une approche très prometteuse

En plus d’être plus courant (et donc moins cher) que les autres métaux utilisés comme catalyseurs pour produire de l’hydrogène, ce type de rouille semble également très stable – les chercheurs rapportent qu’ils ont pu poursuivre leurs expériences en laboratoire avec succès pendant une durée étonnante de 400 heures.

Si l’on considère que la source de l’hydrogène dans ce cas est un simple déchet organique, cette nouvelle approche pourrait potentiellement faire une énorme différence pour les systèmes énergétiques – un processus de production d’hydrogène faisant plus avec moins.

Que ce soit dans un moteur de voiture ou une centrale électrique, le seul sous-produit de l’hydrogène est l’eau. C’est cette promesse d’une source de carburant révolutionnaire qui fait que de nombreux scientifiques travaillent d’arrache-pied pour produire de l’hydrogène en utilisant des ressources abondantes comme l’eau et la lumière du soleil.

Ces dernières années, plusieurs catalyseurs être testés avec succès, ce qui a donné aux experts un certain nombre de pistes à explorer, mais le défi d’obtenir un dispositif économiquement viable reste encore à surmonter.

Cette dernière étude décrit une avancée significative, mais il faudra encore beaucoup de recherches avant que nous puissions alimenter nos voitures en hydrogène. Dans les mois qui viennent, l’équipe entend découvrir pourquoi l’oxygène se révèle si crucial pour le processus de production (lorsqu’il a été retiré du catalyseur, les expériences ont échoué).

« Nous n’avons pas encore pu mettre le doigt sur la fonction spécifique de l’oxygène dans l’activation d’α-FeOOH par la lumière », déclare Katsumata. « Par conséquent, l’exploration de ce mécanisme constitue le prochain défi. »

Par Yann Contegat, le 19 mars 2020