Des ingénieurs suisses ont conçu et testé un réacteur solaire capable de produire de l’hydrogène gazeux à partir de l’eau. Hautement efficace, leur dispositif capture et réutilise également l’oxygène et la chaleur générée au cours du processus.
Conversion solaire-hydrogène
L’hydrogène est appelé à jouer un rôle clé dans la transition énergétique, et l’un des moyens les plus efficaces de le produire consiste à diviser l’eau en ses molécules constitutives. Lorsqu’il est réalisé à l’aide de l’énergie solaire, on parle de photosynthèse artificielle, et c’est précisément ce processus que le nouveau réacteur imaginé par les chercheurs de l’École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) exploite.
Présenté dans la revue Nature Energy, ce réacteur semblable à une antenne parabolique fonctionne selon un principe similaire : la grande surface incurvée recueille autant de lumière que possible et la focalise sur le petit dispositif suspendu en son centre. Dans le cas présent, l’antenne capte le rayonnement solaire et le concentre environ 800 fois sur un réacteur photoélectrochimique. De l’eau est pompée dans le dispositif, et l’énergie générée utilisée pour diviser ses molécules en hydrogène et en oxygène.
Le réacteur capture également deux « déchets » du processus habituellement rejetés : l’oxygène et la chaleur. Selon l’équipe, le premier pourrait être utilisé dans les établissements hospitaliers ou à des fins industrielles, tandis que la seconde pourrait, via un échangeur de chaleur, être utilisée pour chauffer de l’eau ou des bâtiments.
Le dispositif expérimental a été testé sur le campus de l’EPFL pendant 13 jours, en août 2020 et en février et mars 2021, afin d’obtenir un aperçu de ses performances sous différentes conditions météorologiques. L’efficacité de la conversion solaire-hydrogène s’est avérée supérieure à 20 % en moyenne, avec une production d’environ 500 g d’hydrogène par jour.
Un étape clé
Selon l’équipe, de telles performances suggèrent que le dispositif actuel pourrait alimenter environ 1,5 véhicule à pile à hydrogène parcourant une distance annuelle moyenne ou couvrir environ la moitié de la demande en électricité d’un foyer composé de quatre personnes.
« Avec une puissance de sortie de plus de 2 kilowatts, nous avons dépassé le plafond de 1 kilowatt pour notre réacteur expérimental tout en maintenant une efficacité record à cette échelle », souligne Sophia Haussener, auteure principale de l’étude. « Le taux de production d’hydrogène atteint dans ce travail représente une étape vraiment importante vers la concrétisation commerciale de cette technologie. »
La prochaine étape consistera à construire une installation pilote de quelques centaines de kilowatts dans une usine de production de métaux, où l’hydrogène sera utilisé pour recuire des métaux, la chaleur pour produire de l’eau chaude et l’oxygène collecté pour les hôpitaux voisins.
