Hydrogène bon marché à partir de la lumière du soleil et de l'eau

En rendant un matériau solaire photovoltaïque plus résistant, les chercheurs ont peut-être trouvé un moyen de rendre la photosynthèse artificielle, c'est-à-dire d'utiliser la lumière du soleil pour fabriquer du carburant, suffisamment bon marché pour concurrencer les combustibles fossiles.

Si vous voulez que l'hydrogène alimente un moteur ou une pile à combustible, il est beaucoup moins cher de l'obtenir à partir du gaz naturel que de le fabriquer en divisant l'eau. L'énergie solaire, cependant, pourrait concurrencer le gaz naturel comme moyen de produire de l'hydrogène si le processus solaire était efficace entre 15 et 25 %, selon le département américain de l'Énergie. Bien que ce soit plus de deux fois plus efficace que les approches actuelles, chercheurs de l'université de Stanford ont récemment développé des matériaux qui pourraient permettre d'atteindre cet objectif. Le travail est décrit dans le journal La science .

Une façon de produire de l'hydrogène en utilisant la lumière du soleil consiste à utiliser un panneau solaire pour produire de l'électricité, puis à utiliser cette électricité pour alimenter un électrolyseur commercial qui sépare l'eau, formant de l'hydrogène et de l'oxygène. Mais combiner le panneau solaire et l'électrolyseur dans un seul appareil pourrait être moins cher et plus efficace. Les électrons produits lorsque la lumière frappe un matériau photovoltaïque pourraient faciliter les réactions chimiques, et les coûts d'investissement d'une machine seraient probablement inférieurs au coût de deux (voir A Greener 'Artificial Leaf', Sun Catalytix Seeks Second Act with Flow Battery, and Artificial L'effort de photosynthèse prend racine).

Depuis un certain temps, les chercheurs savent que vous pourriez approcher 15 à 25 % d'efficacité si vous combiniez deux matériaux de cellules solaires dans un tel système. Une cellule solaire alimenterait la moitié de la réaction de séparation de l'eau, formant de l'hydrogène. L'autre pourrait former de l'oxygène.

La partie hydrogène est à peu près résolue maintenant, mais les chercheurs ont eu des problèmes avec la moitié oxygène. Les matériaux de cellules solaires les plus efficaces pour cette réaction (le silicium, par exemple) se corrodent rapidement. Les chercheurs de Stanford ont découvert qu'ils pouvaient faire durer le silicium pendant des jours, plutôt que quelques heures, en le recouvrant d'une couche protectrice de nickel d'à peine deux milliardièmes de mètre d'épaisseur. Les matériaux ont divisé l'eau pendant trois jours avant que les chercheurs n'arrêtent l'expérience pour examiner les matériaux à la recherche de dommages. Ils n'en ont trouvé aucun.

D'autres matériaux, tels que les oxydes métalliques, peuvent durer aussi longtemps, mais ils divisent l'eau très lentement. Les nouveaux matériaux sont un ordre de grandeur plus rapides, dit John Turner , chercheur à la Laboratoire national des énergies renouvelables à Golden, Colorado. Plus de 40 ans de travail sur les oxydes n'ont pas produit un tel résultat, dit-il.

Il pourrait s'écouler un certain temps avant que les matériaux ne soient utilisés dans la production commerciale d'hydrogène. Pour atteindre les efficacités nécessaires, les matériaux devraient encore être incorporés dans un système qui utilise deux cellules solaires. Et une grande question en suspens est de savoir combien de temps les matériaux peuvent durer. Pour être économique, un système devrait fonctionner pendant au moins cinq ans, dit Turner.

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