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Faire rouler des voitures à l'hydrogène fabriqué à partir d'amidon
À l'aide d'un ragoût d'enzymes provenant de plusieurs organismes, les chercheurs ont mis au point un moyen de convertir l'amidon, disponible à partir de nombreuses sources, notamment le maïs et les pommes de terre, en hydrogène gazeux à basse température et pression. La méthode produit trois fois plus d'hydrogène qu'une méthode enzymatique plus ancienne, ce qui suggère qu'il pourrait être pratique d'utiliser de telles enzymes pour produire de l'hydrogène pour les véhicules à pile à combustible.
Bien que les véhicules à pile à combustible soient attrayants car ils n'émettent aucun polluant, il a été difficile de trouver des moyens propres et abordables de produire, de transporter et de stocker de l'hydrogène pour les alimenter. Le plus souvent, l'hydrogène est extrait de combustibles fossiles. La fabrication d'hydrogène par électrolyse de l'eau est énergivore et peut être coûteuse. Le nouveau système améliore d'autres méthodes expérimentales pour créer de l'hydrogène à partir de la biomasse en utilisant des températures basses, ce qui le rend potentiellement plus pratique et économe en énergie.
Les chercheurs - de Virginie Tech , à Blacksburg, Virginie ; Laboratoire national d'Oak Ridge ; et l'Université de Géorgie, à Athènes, a combiné 13 enzymes disponibles dans le commerce isolées de levures, de bactéries, d'épinards et de muscles de lapin. Le travail est disponible en ligne dans PLoS UN , une revue publiée par le Bibliothèque publique des sciences . L'hydrogène provient de deux sources : l'amidon et l'eau utilisée pour oxyder l'amidon. Les enzymes facilitent les réactions chimiques dans lesquelles l'eau et l'amidon peuvent être complètement convertis en hydrogène et en dioxyde de carbone, dit Y. Perceval Zhang , professeur de systèmes biologiques à Virginia Tech. (Le dioxyde de carbone libéré est compensé par le dioxyde de carbone capturé par les plantes qui fournissent l'amidon.)
Le nouveau système produit un rendement en hydrogène plus élevé que les systèmes expérimentaux précédents qui utilisaient des enzymes pour convertir les sucres en hydrogène. Mais alors que le rendement en hydrogène est élevé, jusqu'à présent, les taux de production du gaz sont extrêmement faibles. C'est en partie parce que les chercheurs ont utilisé des enzymes du commerce et n'ont pas optimisé le système, explique Zhang. Le prochain projet des scientifiques inclura l'analyse détaillée de chaque étape du processus pour trouver les étapes limitantes.
Par exemple, l'une des enzymes peut produire un sous-produit qui ralentit les étapes ultérieures, dit Michael Adams , professeur de biochimie et de biologie moléculaire à l'Université de Géorgie. Les chercheurs chercheraient alors d'autres enzymes, ou modifieraient les enzymes actuelles, pour minimiser le sous-produit. Ils rechercheront également des enzymes capables de fonctionner à des températures plus élevées. Si vous augmentez la température de 10 degrés, la plupart du temps, vous pouvez doubler la vitesse de réaction, explique Zhang.
L'une des premières applications du système, selon Zhang, pourrait être la génération d'hydrogène pour les piles à combustible dans l'électronique portable. L'amidon pourrait être un moyen plus sûr de stocker de l'énergie que d'utiliser du méthanol, une option de pointe actuellement pour ces petits systèmes de piles à combustible. Il estime qu'il faudra environ six à huit ans pour améliorer suffisamment les tarifs pour de telles applications. À terme, il espère utiliser son procédé pour résoudre l'un des plus gros problèmes actuels des véhicules à pile à combustible à hydrogène : installer suffisamment d'hydrogène à bord pour concurrencer les véhicules à essence.
Mais certains responsables du ministère de l'Énergie (DOE) doutent que l'ensemble du système soit suffisamment léger pour une utilisation à bord. Sunita Satyapal , le chef de l'équipe de stockage d'hydrogène au DOE, note que les estimations des chercheurs n'incluent pas le poids de l'eau ou des autres équipements nécessaires pour produire l'hydrogène. Ces choses pourraient plus que doubler le poids du système, dit-elle, même si l'eau produite par la pile à combustible est recyclée. Le système sera probablement trop lourd pour donner au véhicule une autonomie compétitive avec les moteurs à essence, suggère Satyapal.
Elle note également que le taux de production d'hydrogène est désormais de plusieurs ordres de grandeur inférieur à ce qu'il devrait être pour une utilisation dans les véhicules, et qu'il sera très difficile, voire impossible, d'améliorer suffisamment le taux.
Mais même si le nouveau système n'est pas utile pour produire de l'hydrogène dans une voiture, il pourrait éventuellement s'avérer utile pour produire de l'hydrogène dans les stations-service. L'un des défis de la production d'hydrogène est le coût de compression et de transport de l'hydrogène à partir d'emplacements centraux. La production sur site à l'aide d'enzymes dans les stations-service, voire au domicile des personnes, pourrait contourner ces problèmes. Dans de telles applications, le taux de production d'hydrogène peut être inférieur à ce qu'il est à bord d'un véhicule, car l'hydrogène peut être produit 24 heures sur 24 dans des réservoirs relativement grands.
Pourtant, certains sont sceptiques quant au concept de base de l'utilisation de l'amidon pour créer du carburant. Transformer les aliments en hydrogène n'est pas une si bonne idée, dit Jean Deutch , professeur de chimie au MIT. En effet, la demande de maïs pour faire de l'éthanol fait déjà grimper les prix des denrées alimentaires. L'utilisation d'amidon de maïs pour produire de l'hydrogène pourrait aggraver le problème.
Mais Zhang note qu'utiliser de l'amidon pour fabriquer de l'hydrogène serait une bien meilleure utilisation du maïs disponible que de le transformer en éthanol : les piles à combustible peuvent être trois fois plus efficaces que les moteurs à combustion interne à l'éthanol. Néanmoins, il considère l'amidon comme une solution temporaire. Zhang développe également une version du processus qui commence avec la cellulose, trouvée principalement dans les parties non alimentaires des plantes.