Une meilleure façon d'obtenir de l'hydrogène à partir de l'eau

Une approche expérimentale de la division de l'eau pourrait conduire à une méthode relativement bon marché et propre pour la production d'hydrogène à grande échelle qui ne nécessite pas de combustibles fossiles. Le processus sépare l'eau en hydrogène et oxygène en utilisant de la chaleur et des catalyseurs fabriqués à partir de matériaux peu coûteux.

Mark E. Davis

La séparation thermique de l'eau est une alternative à l'électrolyse, qui est coûteuse et nécessite de grandes quantités d'électricité. La nouvelle approche, développée par le professeur de génie chimique de Caltech, Mark Davis, évite les problèmes clés des précédentes méthodes de fractionnement de l'eau basées sur la chaleur. Il fonctionne à des températures relativement basses et ne produit aucun produit intermédiaire toxique ou corrosif.

La quasi-totalité de l'hydrogène utilisé aujourd'hui dans les procédés industriels, comme la fabrication de l'essence, provient du reformage du gaz naturel. Si les constructeurs automobiles commencent à vendre un grand nombre de véhicules à pile à combustible à hydrogène, comme ils ont dit qu'ils prévoyaient de le faire à terme, l'hydrogène de ceux-ci proviendra probablement également du gaz naturel, à moins que des processus comme celui de Caltech ne soient commercialisés.

L'approche de base de la séparation de l'eau à haute température consiste à chauffer un métal oxydé pour éliminer l'oxygène, puis à ajouter de l'eau. Dans le cas de Davis, le matériau de départ est l'oxyde de manganèse, et les réactions sont facilitées par la navette des ions sodium à l'intérieur et à l'extérieur de celui-ci. Sans le sodium, les températures monteraient bien au-delà de 1 000 °C, dit Davis. Avec lui, les réactions fonctionnent à des températures de 850 °C ou moins.

La technologie est probablement loin d'être commercialisée. Cela nécessite toujours des températures assez élevées, quelques centaines de degrés plus élevées, par exemple, que celles utilisées pour faire fonctionner les turbines à vapeur des centrales au charbon et nucléaires. Produire ces températures sans combustibles fossiles impliquerait probablement l'une des deux technologies, dont aucune n'est actuellement utilisée commercialement : les réacteurs nucléaires à haute température ou les installations solaires thermiques à haute concentration qui utilisent des anneaux de miroirs pour concentrer la lumière du soleil plus intensément qu'aujourd'hui centrales solaires thermiques.

L'approche Caltech devrait également être testée pour s'assurer que le cycle de fractionnement de l'eau peut fonctionner à plusieurs reprises. Jusqu'à présent, les chercheurs ont montré que les mêmes matériaux peuvent être réutilisés cinq fois, mais si vous deviez faire fonctionner l'une de ces choses pour de vrai, vous auriez besoin de l'exécuter pendant des milliers de cycles, dit Davis. Il dit que de tels tests dépassent le cadre de son laboratoire. Nous sommes satisfaits du potentiel de nombreux cycles sur celui-ci, mais tant que vous ne le faites pas, vous ne savez pas, dit-il. Tout ce que nous avons fait ici, c'est prouver que la chimie pouvait fonctionner.

Il faudrait également augmenter le taux de production d'hydrogène, par exemple en passant à des matériaux de plus grande surface. Et Davis espère abaisser encore les températures nécessaires. L'objectif est d'utiliser ce procédé ou un procédé similaire pour valoriser la chaleur résiduelle des aciéries et des centrales électriques. C'est un bon début, mais plus on descend, mieux c'est, dit-il.

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