Energie : une production d’hydrogène inédite... et brevetée
Le recours à l’hydrogène comme vecteur énergétique propre est l’une des solutions pour répondre aux actuels défis énergétiques. Afin de produire ce carburant du futur, l’électrolyse de l’eau figure parmi les filières "écologiques" les plus prometteuses. Principal écueil : son rendement.
Soucieux d’optimiser cette technique, des chercheurs de quatre laboratoires du CNRS, en collaboration avec les entreprises AREVA NP et SCT, sont parvenus, pour la première fois, à produire de l’hydrogène en quantité notable par une nouvelle méthode. Leur technologie innovante, protégée par un brevet aujourd’hui rendu public, pourrait dans un avenir proche être développée à grande échelle et permettre d’obtenir de l’hydrogène, à moindre coût et surtout, sans émission de gaz à effet de serre.
Comment produire proprement de l’hydrogène ?
Plus énergétique que le pétrole ou le gaz naturel, non polluant et non toxique, l’hydrogène pourrait progressivement suppléer les énergies fossiles et répondre à l’essentiel de nos besoins énergétiques. Problème : si l’atome d’hydrogène, lié à l’oxygène, est très abondant sous forme d’eau, les molécules d’hydrogène, elles, ne se trouvent pas à l’état pur. Le défi auquel s’attèlent les chercheurs est donc de produire de l’hydrogène, sans dégagement de dioxyde de carbone.
Electrolyse : des inconvénients
Pour cela, l’électrolyse de l’eau, c’est-à-dire sa décomposition en hydrogène (H) et oxygène (O), est l’une des solutions envisagées. Aujourd’hui maîtrisée, cette technique présente toutefois des inconvénients majeurs : son rendement ne dépasse pas 80 %, son coût de production est trop élevé et certains matériaux utilisés polluants ou même dangereux.
Comment pallier ces défauts ? Pour y parvenir, plusieurs spécialistes ont, depuis 2004, réuni leurs expertises dans le cadre d’un programme de recherche sur la production massive d’hydrogène propre : quatre équipes de recherche se sont ainsi associées aux entreprises AREVA NP, filiale du groupe AREVA, et SCT, l’un des leaders mondiaux dans l’association métal - céramique.
Pour obtenir de l’hydrogène par électrolyse de l’eau avec un meilleur rendement, il faut chauffer : deux voies sont alors possibles.
- La première plus "traditionnelle" utilise la conduction par ions O2- tandis que la seconde s’appuie sur la circulation des protons (ions H+). Principal avantage de la voie protonique : elle requiert des températures plus faibles, de l’ordre de 600°C. À de telles températures, une bonne conductivité des protons peut être envisagée, tout en utilisant des matériaux peu onéreux et fiables. C’est pourquoi les scientifiques ont choisi d’explorer et d’optimiser cette voie.
Deux étapes majeures
Les chercheurs ont tout d’abord conçu un dispositif pour étudier in situ les matériaux constituant l’électrolyseur puis, ils ont mis au point deux électrolyseurs instrumentés, c’est-à-dire comportant entre autres, des capteurs de température, de pression, de mesure de l’intensité du courant produite. Les scientifiques ont ainsi pu déterminer avec précision les conditions requises pour obtenir de l’hydrogène en grande quantité et de façon fiable.
Idée de génie : l’électrolyse sous pression
L’une de leurs idées novatrices a été d’effectuer l’électrolyse sous pression (entre 50 et 100 bars). Et elle s’est révélée efficace... En effet, les principaux paramètres des électrolyseurs s’en sont trouvés améliorés : les premiers essais effectués permettent d’atteindre des quantités d’hydrogène notables, avec un niveau de courant bien supérieur à ce qui avait été fait précédemment par leurs concurrents étrangers travaillant sur la filière protonique. De plus, cette nouvelle technologie abaisse de près de 200°C la température de fonctionnement par rapport à la solution par conduction par ions O2-.
Un dernier atout : en permettant l’usage d’alliages commerciaux, elle diminue le coût de l’hydrogène produit.
Ce résultat, prometteur et capital pour l’avenir économique de la filière hydrogène, laisse espérer le développement de technologies rentables et économiques. Même si avant de produire de l’hydrogène massivement et à bas coût, des efforts sont encore nécessaires. Un travail de perfectionnement du dispositif est d’ores et déjà envisagé.
Source : CNRS
Ce travail a bénéficié du soutien d’AREVA NP et de l’Agence nationale de la Recherche
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