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Hydrogène pas cher
Nanoptek , une startup basée à Maynard, MA, a développé une nouvelle façon de produire de l'hydrogène à partir de l'eau en utilisant l'énergie solaire. La société affirme que son procédé est suffisamment bon marché pour concurrencer les approches les moins chères utilisées actuellement, qui éliminent l'hydrogène du gaz naturel, et qu'il présente l'avantage supplémentaire de ne libérer aucun dioxyde de carbone.
Gaz solaires : Un creux parabolique peut concentrer la lumière du soleil sur l'oxyde de titane nanostructuré, améliorant ainsi l'efficacité d'un nouveau système de génération d'hydrogène en divisant l'eau.
Nanoptek, qui a développé la nouvelle technologie en partie grâce à des subventions de la NASA et du ministère de l'Énergie (DOE), a récemment achevé son premier tour de table de capital-risque, levant 4,7 millions de dollars qu'elle utilisera pour installer sa première usine pilote. La technologie utilise l'oxyde de titane, un matériau bon marché et abondant, pour capter l'énergie de la lumière du soleil. L'énergie absorbée libère des électrons, qui divisent l'eau pour produire de l'hydrogène. D'autres chercheurs ont utilisé le dioxyde de titane pour séparer l'eau dans le passé, mais les chercheurs de Nanoptek ont trouvé un moyen de modifier le dioxyde de titane pour absorber plus de lumière du soleil, ce qui rend le processus beaucoup moins cher et plus efficace, explique John Guerra, fondateur et PDG de l'entreprise.
Les chercheurs savent depuis les années 1970 que l'oxyde de titane peut catalyser des réactions qui divisent l'eau. Mais alors que l'oxyde de titane est un bon matériau car il est bon marché et ne se dégrade pas dans l'eau, il n'absorbe que la lumière ultraviolette, qui représente une petite fraction de l'énergie de la lumière du soleil. D'autres chercheurs ont essayé d'augmenter la quantité de lumière solaire absorbée en associant l'oxyde de titane à des colorants ou des dopants, mais les colorants ne sont pas aussi durables que l'oxyde de titane, et les dopants n'ont pas produit de systèmes efficaces, explique John Turner, qui développe des technologies de génération d'hydrogène au Laboratoire national des énergies renouvelables (NREL), à Golden, CO.
L'approche de Nanoptek utilise les connaissances de l'industrie des semi-conducteurs pour que l'oxyde de titane absorbe plus de lumière du soleil. Guerra dit que les fabricants de puces savent depuis longtemps que le fait de tendre un matériau pour que ses atomes soient légèrement pressés ensemble ou séparés altère les propriétés électroniques du matériau. Il a découvert que le dépôt d'un revêtement d'oxyde de titane sur des nanostructures en forme de dôme provoquait la séparation des atomes. Lorsque vous séparez les atomes, moins d'énergie est nécessaire pour faire sortir les électrons de l'orbite, dit-il. Cela signifie que vous pouvez utiliser une lumière avec une énergie plus faible, ce qui signifie de la lumière visible plutôt que de la lumière ultraviolette.
La contrainte sur les atomes affecte également la façon dont les électrons se déplacent à travers le matériau. Trop de contrainte, et les électrons ont tendance à être réabsorbés par le matériau avant de séparer l'eau. Guerra dit que la société a dû trouver un équilibre entre absorber plus de lumière solaire et permettre aux électrons de se déplacer librement hors du matériau. Nanoptek a également développé des moyens moins coûteux de fabriquer les matériaux nanostructurés. Initialement, la société utilisait des processus de fabrication de DVD, mais elle est depuis passée à un processus propriétaire encore moins cher.
John Turner de NREL dit que le processus de Nanoptek est très, très prometteur. Et Harriet Kung, directrice par intérim du bureau des sciences fondamentales de l'énergie du DOE, qui a financé les travaux de Nanoptek, déclare que l'approche de l'oxyde de titane contraint est l'une des principales avancées passionnantes depuis que l'oxyde de titane a été découvert pour la première fois comme photocatalyseur dans les années 1970.
Si cela fonctionne comme prévu, la technologie pourrait aider à résoudre l'un des problèmes fondamentaux liés à l'utilisation de l'hydrogène comme carburant. L'hydrogène est attrayant car il est léger et sa combustion ne produit que de l'eau. Mais aujourd'hui, la plupart de l'hydrogène est fabriqué à partir de gaz naturel, un processus qui libère des quantités considérables de dioxyde de carbone. L'autre option principale est l'électrolyse. Mais même si elle est alimentée par une énergie propre, telle que l'électricité issue du photovoltaïque, l'électrolyse est inefficace et coûteuse. Guerra dit que l'utilisation d'oxyde de titane tendu et le processus de fabrication peu coûteux de Nanoptek rendent le processus suffisamment bon marché et efficace pour concurrencer les processus qui créent de l'hydrogène à partir du gaz naturel. De plus, selon Guerra, la technologie Nanoptek peut être située plus près des clients que les processus à grande échelle au gaz naturel, ce qui pourrait réduire considérablement les coûts de transport, contribuant ainsi à rendre la technologie attrayante. Et si à l'avenir les émissions de carbone sont taxées ou réglementées, l'approche sans carbone de Nanoptek est un autre avantage.
Turner dit qu'en plus de fabriquer de l'hydrogène pour les véhicules à pile à combustible, le processus de Nanoptek - s'il est effectivement efficace et peu coûteux, comme le prétend l'entreprise - pourrait également être important pour l'électricité solaire à grande échelle. Si l'énergie solaire doit devenir une source d'énergie dominante, il sera essentiel de trouver des moyens de stocker l'énergie pour une utilisation nocturne. Et l'hydrogène, dit-il, pourrait être un bon moyen de le stocker.