Pourquoi les noix de coco pourraient être le matériau de stockage de l'hydrogène du futur

L'hydrogène est un carburant renouvelable potentiel car il peut facilement être généré à partir de l'eau par électrolyse. Il brûle également proprement pour produire de la vapeur d'eau. L'espoir est qu'il puisse également être distribué en utilisant le même réseau mondial de transport de carburant liquide qui transporte l'essence autour de la planète.

Mais il y a de nombreux problèmes avec ce rêve d'une économie basée sur l'hydrogène. La première est que l'hydrogène est difficile à stocker efficacement. L'hydrogène gazeux a une faible densité énergétique volumique par rapport à l'essence. En fait, il y a au moins 60 % plus d'hydrogène dans un litre d'essence que dans un litre d'hydrogène liquide pur. En d'autres termes, l'hydrogène nécessitera toujours des réservoirs plus grands.

Trouver des moyens d'en stocker davantage est donc un énorme défi. Une option consiste à le stocker sous forme liquide, mais l'hydrogène bout à des températures supérieures à -250 ° C et nécessite donc une isolation volumineuse pour le maintenir dans cet état.

Une autre idée est de le compresser. Mais cela soulève des problèmes de sécurité si une voiture à hydrogène était impliquée dans une collision.

C'est pourquoi une grande partie de la recherche en science des matériaux dans ce domaine s'est concentrée sur le stockage chimique : trouver des matériaux qui adsorbent efficacement l'hydrogène, puis le libèrent à nouveau lorsque cela est nécessaire.

Maintenant, Viney Dixit et ses amis du Hydrogen Energy Center de l'Université hindoue de Banaras en Inde disent avoir découvert que la chair de noix de coco carbonisée est particulièrement bonne pour cette tâche. Aujourd'hui, ils montrent qu'il surpasse un certain nombre d'autres matériaux de stockage d'hydrogène, en particulier dans sa capacité à fonctionner sur de nombreux cycles de charge.

Pour aider à évaluer les matériaux de stockage d'hydrogène, le département américain de l'énergie a fixé un certain nombre d'objectifs que ces matériaux doivent atteindre pour être considérés comme des technologies viables pour les futurs systèmes de transport. Par exemple, le critère actuel est qu'un système de stockage d'hydrogène doit stocker au moins 5,5 % d'hydrogène en masse (5,5 % en poids).

Il s'agit de la masse de l'ensemble du système de stockage et pas seulement de la masse du matériel de stockage. Il est donc clair que la fraction massique du matériau de stockage doit être considérablement plus élevée.

Les scientifiques des matériaux ont initialement concentré leurs efforts sur les hydrures métalliques, dont certains peuvent stocker l'hydrogène à des fractions supérieures aux critères du DoE. Cependant, ces matériaux présentent un certain nombre d'inconvénients. Tout d'abord, ils doivent être chauffés pour libérer l'hydrogène, ce qui nécessite de l'énergie. Pire encore, les matériaux ont tendance à se décomposer physiquement lorsque le nombre de cycles de charge augmente au-delà de 100 environ.

Ainsi, ces dernières années, les chercheurs se sont tournés vers le carbone. La liaison entre l'hydrogène et le carbone est connue pour être rapide et réversible. De plus, il est relativement simple de créer du carbone solide et poreux avec une grande surface.

Une façon d'y parvenir consiste à carboniser des matières biologiques, telles que des fruits ou des coques de noix de coco. Cela signifie chauffer le matériau à quelques centaines de degrés centigrades dans une atmosphère d'azote qui garantit que le carbone conserve sa structure biologique poreuse.

Au lieu de noix de coco, Dixit and co a carbonisé la chair de noix de coco. Ils disent que cela a l'avantage de contenir une grande variété d'éléments supplémentaires, tels que le potassium, le sodium, le calcium et le magnésium, qui sont uniformément répartis dans la matrice de carbone. Et ils disent que cela s'avère être significatif dans leurs expériences.

Ces gars-là ont mesuré la quantité d'hydrogène que la chair de noix de coco carbonisée peut contenir et disent qu'elle se compare bien avec des matériaux plus conventionnels. Le matériau synthétisé adsorbe 2,30 % en poids à température ambiante et 8,00 % en poids à la température de l'azote liquide sous une pression de 70 atm, disent Dixit et co.

De plus, le matériau libère de l'hydrogène rapidement et efficacement et ne semble pas se dégrader au cours de nombreux cycles de charge.

Reste à savoir si cela est suffisant pour répondre au critère de 5,5 % en poids du DoE pour un système de stockage complet.

L'équipe a passé du temps à étudier la microstructure de la chair de noix de coco carbonisée pour comprendre pourquoi elle fonctionne si bien. Et ils ont identifié deux mécanismes.

La première est que la chair de noix de coco carbonisée contient une quantité importante de chlorure de potassium, qui polarise la matrice carbonée dans laquelle elle est noyée. Cela améliorera la capacité d'adsorption d'hydrogène, disent-ils.

La seconde est que la matrice de carbone contient également des quantités importantes de magnésium, qui est connu pour favoriser la dissociation des molécules d'hydrogène, ce qui les rend plus faciles à adsorber.

Il s'agit là d'un résultat intéressant qui laisse présager des pistes de recherche prometteuses. La présence de molécules qui catalysent l'adsorption de l'hydrogène semble être un mécanisme important. Il peut même être possible d'ajuster ces proportions en cultivant des noix de coco dans différents environnements. Une autre possibilité pourrait être de synthétiser artificiellement du carbone qui correspond à certaines des caractéristiques de la chair de noix de coco carbonisée.

Quoi qu'il en soit, les spécialistes des matériaux pourraient à l'avenir suspendre leurs hamacs entre des cocotiers avec profit.

Réf : arxiv.org/abs/1409.7219 : Stockage d'hydrogène dans du carbone dérivé de l'endosperme solide de la noix de coco

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