Les scientifiques ont trouvé un moyen astucieux de générer de l’hydrogène directement à partir d’eau de mer salée. Cela pourrait être une autre étape vers un avenir énergétique propre, si les énergies renouvelables alimentent le processus.
Le nouvel appareil apporte quelques modifications chimiques aux technologies existantes, permettant d’extraire l’hydrogène de l’eau de mer non traitée et non purifiée, ce qui pourrait atténuer les inquiétudes concernant l’utilisation des précieuses réserves d’eau.
“Nous avons divisé l’eau de mer naturelle en oxygène et en hydrogène… pour produire de l’hydrogène vert par électrolyse, en utilisant un catalyseur non précieux et bon marché dans un électrolyseur commercial”, explique ingénieur chimiste Shizhang Qiao de l’Université d’Adélaïde en Australie.
Traditionnellement, le carburant hydrogène est fabriqué à partir de gaz naturel, mais il peut également être fabriqué par électrolyse.
L’électrolyse est une réaction de séparation de l’eau qui utilise l’électricité pour faire sortir les atomes d’hydrogène des molécules d’eau en forme de coude, et un électrolyseur est un appareil dans lequel cela se produit.
À l’heure actuelle, ce processus peut être réalisé en utilisant de l’électricité provenant de combustibles fossiles ou de sources d’énergie renouvelables, mais les deux systèmes nécessitent de l’eau douce. Trouver un moyen de réaliser l’électrolyse avec de l’eau de mer pourrait rendre l’avenir de la production d’hydrogène vert beaucoup plus durable.
Les chercheurs ont tenté de développer une alternative aux électrolyseurs commerciaux, qui ne fonctionnent qu’avec de l’eau douce purifiée, par souci de pénurie d’eau.
L’eau douce accessible ne représente que 1 % de l’eau totale de la Terre, mais il existe une quantité pratiquement illimitée d’eau de mer qui pourrait être utilisée.
Bien que les inquiétudes concernant la pénurie d’eau soient valables, des estimations récentes suggèrent que la quantité d’eau nécessaire pour soutenir l’utilisation future de l’hydrogène est bien inférieure à la trillions de litres d’eau utilisés pour extraire et brûler des combustibles fossiles aujourd’hui.
Cependant, les scientifiques sont toujours conscients des impacts environnementaux. Pendant des décennies, ils ont essayé de développer des dispositifs pour produire de l’hydrogène à partir de l’eau de mer, mais ont continué à se heurter à plusieurs obstacles.
Lorsqu’ils sont introduits dans un électrolyseur, les ions chlore indésirables présents dans l’eau de mer érodent les matériaux catalyseurs destinés à entraîner la réaction de production d’hydrogène et de séparation de l’eau. Des précipités massifs insolubles se forment également, bloquant les sites de réaction et gênant la production à grande échelle.
Le nouveau système développé par Qiao et ses collègues évite ces deux problèmes.
Comme décrit dans leur nouvel article, les chercheurs ont superposé une substance acide de Lewis dure sur une série de catalyseurs d’oxyde de cobalt courants pour séparer les molécules d’eau. Dans une série de tests, les catalyseurs modifiés ont résisté à l’attaque du chlore et ont empêché la formation de précipités.
“Il s’agit d’une stratégie générale qui peut être appliquée à différents catalyseurs sans avoir besoin de catalyseurs spécifiquement conçus et d’une conception d’électrolyseur”, écrivez les chercheurs dans leur article publié.
Bien que cela semble prometteur, l’effort de plusieurs décennies pour développer des électrolyseurs d’eau de mer devrait servir de rappel des défis à venir dans la commercialisation de cette technologie ou de toute autre technologie.
“L’électrolyse directe de l’eau de mer sans processus de purification ni additifs chimiques est très attrayante et fait l’objet d’études depuis environ 40 ans, mais les principaux défis de cette technologie demeurent à la fois dans l’ingénierie des catalyseurs et la conception des dispositifs”, ont déclaré les chercheurs. Remarque.
Les progrès récents sont encourageants, ce nouveau dispositif étant un parmi beaucoup tentatives prometteuses produire de l’hydrogène à partir de l’eau de mer.
Par exemple, des scientifiques chinois et australiens ont récemment développé un appareil prototype conçu pour flotter à la surface de l’océan et séparer l’hydrogène de l’eau de mer grâce à l’énergie solaire. Un autre prototype en préparation adopte une approche totalement différente, récupérer l’eau de l’air humide avant d’extraire l’hydrogène.
Bien sûr, les prototypes sont loin des méthodes à l’échelle industrielle, il est donc bon d’avoir un mélange sain de systèmes potentiels dans le pipeline pour voir ceux qui fonctionnent.
Qiao et ses collègues travaillent à la mise à l’échelle de leur système en utilisant un électrolyseur plus grand. Mais de nombreux facteurs peuvent faire ou défaire une technologie potentielle.
La commercialisation de n’importe quel processus se résume au coût des matériaux, aux intrants énergétiques et à l’efficacité à grande échelle – où de petits gains peuvent faire une grande différence dans la quantité d’hydrogène produite.
Le cobalt, le matériau utilisé dans les catalyseurs à base d’oxyde métallique, est également pas sans problèmes. Comme tout métal précieux utilisé dans les batteries ou les panneaux solaires, il doit être extrait de manière durable et recyclé si possible.
Après avoir testé la durabilité de leur configuration, Qiao et ses collègues pensent que leurs catalyseurs modifiés peuvent tenir la distance. Leur système peut fournir des sorties similaires à un électrolyseur commercial dans les mêmes basses températures et conditions de fonctionnement.
Mais avec d’autres chercheurs faire des progrès pour améliorer régulièrement l’efficacité des électrolyseurs conventionnels, c’est vraiment le jeu de chacun.
La recherche a été publiée dans Énergie naturelle.