Vers une production de l’hydrogène plus propre et plus durable ?

Une production en masse de l’hydrogène à partir de l’eau pourrait bientôt être réalisable grâce à une compréhension avancée du processus électrochimique de la division de la molécule H2O.

Procédure d’extraction de l’hydrogène à partir de l’eau en utilisant un catalyseur composé de strontium, d’iridium et d’oxyde. Réf [1]

L’hydrogène se trouve dans une grande majorité de composants sur Terre, généralement en combinaison avec l’oxygène pour former de l’eau et joue un rôle important dans plusieurs applications scientifiques et industrielles, notamment dans le secteur énergétique. Il apparait également en combinaison avec le carbone et forme les hydrocarbures tel que le méthane, composant primaire du gaz naturel.

Les États-Unis produisent la grande majorité de leur hydrogène à partir du gaz naturel. La procédure implique la pressurisation du méthane sous forme de vapeur en présence de catalyseur, créant ainsi une réaction qui produit de l’hydrogène, du monoxyde et du dioxyde de carbone. Elle est suivie d’étapes supplémentaires afin de ne laisser que de l’hydrogène à la fin. Cette procédure est bien maîtrisée et efficace, mais elle reste cependant relativement polluante. D’autre part, la source d’extraction est une source fossile, donc non-renouvelable.

L’utilisation de l’électricité à partir d’une source renouvelable telle que l’eau, est plus propre et plus durable. Elle nécessite l’utilisation d’un processus de catalyse électrochimique qui correspond à la modification de la réaction chimique de l’eau sous l’effet d’une substance (catalyseur) qui elle-même ne subit aucune transformation. Ce processus de catalyse est cependant peu compris et maîtrisé ce qui fait que l’efficacité de l’extraction d’hydrogène à partir de la molécule d’eau (H2O) reste faible actuellement.

Des chercheurs de l’Orgeon State University et leurs collaborateurs de Cornell University et de l’Argonne National Laboratory ont utilisé des outils avancés de caractérisation pour étudier l’évolution de la structure atomique et la réaction d’un catalyseur composé de strontium, d’iridium et d’oxyde disposés dans un acide électrolyte. Leurs résultats révèlent la structure des couches actives au sein du catalyseur à une échelle atomique ainsi que le rôle important que joue l’oxygène qui le compose, couplé à la diffusion ionique, dans la procédure d’extraction de l’hydrogène à partir de l’eau. De plus, ce travail fournit un aperçu sur comment la tension appliquée va faciliter la formation de couches fonctionelles et amorphes au niveau de l’interface électrochimique et mener à des possibilités de conception de meilleurs catalyseurs [2].

La rentabilité a été un grand frein pour une généralisation à court terme de ce type de technologie comparée au gaz qui présente un coût et un rendement de production bien meilleurs jusque-là. Ces résultats pourraient donc ouvrir de nouvelles perspectives menant à une production plus efficace, rentable et durable de l’hydrogène.

Rédactrice:
Lynda Amichi, Attachée adjointe pour la science et technologie (SST Houston). deputy-phys at ambascience-usa.org

Références:

1. Oregon State researchers take key step toward cleaner, more sustainable production of hydrogen. Life at OSU https://today.oregonstate.edu/news/oregon-state-researchers-take-key-step-toward-cleaner-more-sustainable-production-hydrogen (2021).
2. Wan, G. et al. Amorphization mechanism of SrIrO3 electrocatalyst: How oxygen redox initiates ionic diffusion and structural reorganization. Sci. Adv. 7, eabc7323 (2021).

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