Bien que souvent présentés comme des véhicules ‘zéro émission’ la plupart des voitures à hydrogène roulent à partir du gaz naturel, un combustible fossile qui contribue au réchauffement climatique.
En réponse à ce défi, les scientifiques de l’Université de Stanford ont mis au point un dispositif bon marché sans émissions qui utilise une pile standard AAA pour produire de l’hydrogène par électrolyse de l’eau.
La batterie envoie un courant électrique à travers deux électrodes qui divisent l’eau en hydrogène et en oxygène gazeux. Contrairement à d’autres séparateurs d’eau qui utilisent des catalyseurs constitués de métaux précieux, les électrodes ici sont faites de matériaux peu coûteux et abondants comme le nickel et le fer.
"Avec l’utilisation du nickel et du fer, qui sont des matériaux bon marché, nous avons pu concevoir des électro-catalyseurs assez actifs pour séparer l’eau à la température ambiante avec une seule pile de 1,5 volts", a déclaré Hongjie Dai, professeur de chimie à Stanford. "C’est la première fois que l’on utilise des catalyseurs de métaux ‘non précieux’ pour séparer l’eau à une tension faible. C’est tout à fait remarquable, car normalement pour atteindre cette tension vous n’avez pas d’autres options que d’employer des métaux coûteux, comme le platine ou l’iridium."
En plus de produire de l’hydrogène, le nouveau séparateur d’eau peut être utilisé pour fabriquer du chlore gazeux et de l’hydroxyde de sodium, un autre produit chimique industriel important, selon Hongjie Dai.
La promesse de l’hydrogène
Les constructeurs automobiles ont longtemps considéré la pile à combustible à hydrogène comme une alternative prometteuse au moteur à essence. La technologie des piles à combustible se résume essentiellement à la décomposition de l’eau. Pour alimenter la voiture, la pile à combustible va combiner de l’hydrogène gazeux stocké avec l’oxygène de l’air pour produire de l’électricité. Le seul sous-produit rejeté est l’eau – à la différence de la combustion (essence) qui libère du dioxyde de carbone, un gaz à effet de serre.
Plus tôt cette année, Hyundai a commencé à louer des véhicules à pile à combustible en Californie du Sud. Toyota et Honda vont pour leur part commencer à commercialiser des voitures à pile à combustible à partir de 2015. La plupart de ces véhicules rouleront à partir d’hydrogène produit de façon industrielle en combinant de la vapeur très chaude et du gaz naturel, un processus gourmand en énergie qui libère du dioxyde de carbone comme sous-produit.
La décomposition de l’eau pour produire de l’hydrogène ne nécessite pas de combustible fossile et n’émet pas de gaz à effet de serre. Mais les scientifiques n’ont pas encore développé, un répartiteur actif de l’eau abordable avec des catalyseurs capables de travailler à l’échelle industrielle.
Des économies d’énergie et d’argent
La découverte a été réalisée par Ming Gong, un étudiant diplômé de Stanford, co-auteur de l’étude. "Ming Gong a découvert une structure métallique nickel / nickel-oxyde qui s’avère être plus actif que du métal pur tel que le nickel pur ou de l’oxyde de nickel seul", a déclaré Hongjie Dai. "Cette nouvelle structure favorise l’électro-catalyse d’hydrogène, mais nous ne comprenons pas encore pleinement les phénomènes qui se cachent derrière."
Selon Ming Gong, le catalyseur nickel / nickel-oxyde réduit considérablement la tension nécessaire pour décomposer l’eau, ce qui pourrait éventuellement épargner aux producteurs d’hydrogène de milliards de dollars en coûts d’électricité. Son prochain objectif est maintenant d’améliorer la longévité de l’appareil.
"Les électrodes sont relativement stables, mais elles se décomposent lentement au fil du temps," a t-il précisé. "Le dispositif actuel pourrait probablement fonctionner pendant des jours, mais des semaines ou des mois seraient préférables. Cet objectif est réalisable sur la base de mes résultats les plus récents."
Les chercheurs envisagent également de développer un séparateur d’eau qui fonctionne avec l’électro-solaire.
"L’hydrogène est un combustible idéal pour alimenter les véhicules, les bâtiments et stocker les énergies renouvelables", a conclu Hongjie Dai. "Nous sommes très fier d’avoir conçu un catalyseur actif à faible coût. Cela démontre que l’ingénierie à l’échelle nanométrique des matériaux peut vraiment faire la différence dans la façon dont nous produisons les combustibles et consommons l’énergie."
L’étude du nouveau dispositif a été publiée dans le numéro 22 d’août de la revue Nature Communications.
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97 Commentaires sur "Hydrogène : un séparateur d’eau qui fonctionne sur une pile AAA !"
Je ne comprends pas la nouveauté, le couple d’oxydoreduction de l’eau en H2 et O2 est à un potentiel de 1.23V, donc si on applique une tension supérieur à 1.23V dans de l’eau, on la décompose en O2 et H2, ca marche très bien avec des électrodes en carbone… Quelqu’un peut m’expliquer la nouveauté ?
Vous avez lu l’article ! Le problème c’est de produire de l’hydrogène à l’échelle industrielle sans passer par la case gaz naturel… Trouver un catalyseur en métal non précieux = gain financier fonctionne à faible tension = économie d’énergie
Hypocrisie: L’électrolyse n’émet pas de gaz à effet de serre, mais l’électricité nécessaire en émet beaucoup, notamment dans la plupart des pays qui la produisent à partir du charbon… @pastilleverte: Pour la Nième fois, la vapeur d’eau esu stricto sensu un gaz à effet de serre, mais son émission, surtout à l’échelle humaine, n’entraine pas d’effet de serre (équilibre thermo liquide-vapeur…)
Bon, d’accord avec vous et surtout gaga42 pour dire qu’on peut emettre autant de vapeut d’eau d’origine anthropique qu’on veut ça ne changera rien. Mais quand vous nous dites “Généralement elle est refroidie dans des tours aero réfrigérantes qui amplifient son expansion justement”, ouille ouillle ouille!.
“Mieux vaut un véhicule électrique” –> les véhicules à piles à combustibles utilisent l’hydrogène pour créer du courant et donc alimenter un moteur électrique, attention de ne pas confondre la source d’énergie et le type de traction (la différence est ici qu’il n’y a pas de batterie mais un réservoir à hydrogène (gazeux à haute pression (700bar) ou sous forme solide en le combinant avec des métaux) + une pile a combustible qui crée du courant
“les scientifiques de l’Université de Stanford” …! Dans tout vieux traité de Chimie du 19° siècle traîne cette solution déjà connue et utilisée industriellement. Le fer a une surtension faible et le nickel aussi à cause de son affinité pour l’hydrogène, car ce métal est de la même famille que Palladium et Platine qui sont de puissants catalyseurs d’hydrogénation. Elles sont tombées bien bas les Universités américaines pour annoncer une “découverte” qui n’est qu’un plagiat d’application industrielle. Pas étonnant alors que leur Réchauffement Climatique ne soit qu’une arnaque!…
@ Lionel-fr A rendement macroéconomique similaire, la mobilité électrique à batterie n’est-elle pas plus efficace et moins chère ?
Il parait même que des scientifiques du MIT ont découvert que l’eau portée à 100° se met à bouillir ! Fascinant.
“l’H2 c’est le futur car le stockage est bien plus efficace que les batterie” Sans vouloir imiter un intervenant récent sur Enerzine par ma réponse, je voudrais bien savoir comment vous définissez un “stockage efficace”.
Même si ce que dit Lionel-fr est extrèmement intéressant (j’allais dire comme d’habitude !), il restera à règler le problème de la dangerosité de ce gaz face aux multiples fuites qui se produiront immanquablement avec l’augmentation des utilisateurs et du veillissement des véhicules…Pas question dans ce cas de passer avec une cigarette à côté d’une fuite sans déclancher une catastrophe.
..je vous demanderais bien ce que vous appelez un stockage “efficient”, mais bon… Maintenant quand vous dites ” des réservoirs à 700 bars et piles à combustible prennent beaucoup moins de place et coutent beaucoup déjà moins cher que des batteries à puissance équivalente.”, ce serait sympa de nous donner une source. Et n’oubliez pas d’y ajouter le coût du réseau d’H2 ( sauf si vous produisez chez vous avec vos panneaux PV) et de la production d’H2 par electrolyse (chez vous ou en “centralisé local”).
“je ne sais par quel miracle je n’ai pas entendu parler d’explosions dans ces lieux pourtant exposés au vapeurs d’hydrocarbures!” Vous n’en avez pas entendu parler parce que vous ne cherchez pas à en entendre parler. Pourtant ça existe. Quelques exemples : En revanche, quand il s’agit de nucléaire…
Luis nous passe une étude selon laquelle l’H2 c’est de la daube, Tech n’est pas d’accord et trouve que c’est beaucoup mieux qu’une batterie,..Remarquez, Luis c’est un défenseur de la batterie dont on a démontré ici: qu’en prenant toutes les hypothèses les plus favorables, au coût actuel sa référence ( Diamond 5000) restituait un MWh aux alentours de 400€ ( plus le prix de MWh de charge bien sûr). Mais Tech va certainement nous prouver qu’il peut faire mieux avec un système H2. 300?
@ Luis. Si votre étude est exacte (j’en doute fort), la fillière HH est donc vouée à l’echec. Pour la France, la reconversion du parc automobile en électrique (à batteries) demanderait 80Twh. Soit 1/5 de notre conso électrique. ça corresponds à peu prés à la conso d’un chauffe eau domestique. Du fait que ça rechargera majoritairement la nuit, ça ne necessiterais pas de modifications importantes des infrastructures.
@Hervé et Sicetaitsimple Je cherche moi aussi une étude sérieuse sur le sujet. Cependant, en attendant mieux, une estimation rapide est cohérente avec les 80TWh de Luis. Si on part de 725 milliards de km en voiture par an () et de la consommation d’une voiture de type Zoe 10,14 kWh/100 km () Alors on obtient bien environ 80TWh (73.5).
Ceci dit pour Samzine, je n’ai pas compris le chiffre de 725Mdkm pour 2013 qui semble incohérent avec les 565Md de 2011 dans le tableau du lien “planetoscope”, qui eux paraissent plus cohérents avec la valeur de Dan1 pour 2008. Vous prenez les kWh consommés par la voiture , Dan1 parle des kWh à produire sortie “centrale”, ça doit pouvoir être réconcilié. PS: les 80TWh, ce sont ceux d’Hervé, pas de Luis.
@Sicetaitsimple Ok avec vous. C’est bien pour cela que je cherche moi aussi une étude sérieuse sur le sujet.
Je suis en train d’actualiser mes chiffres de 2008. De toute façon, en France, l’ordre de grandeur des km parcourus par les véhicules routiers (VL + VUL + PL) est de 500 milliards/an. le CCFA donne 564 milliards de km en 2012 pour 38,14 milllions de véhicules : Je ne vois pas comment on peut obtenir 725 milliards de km/an, d’autant que corrélé à la consomation de carburant (qui est particulièrement bien connue), cela ferait drastiquement chuter la consommation unitaire des véhicules. Pour les statistiques, il faut s’en tenir à des sources fiables et documentées.
avec Elon Musk. Pour une raison assez simple, c’est que “système H2” se nourrit du système electrique on ne va pas dire comme un parasite car ce serait désobligeant, mais bien comme un “passager clandestin” pour reprendre un terme qui m’est cher. En tous les cas, il en est fortement dépendant. Parier sur des dysfonctionnements de marché ( par exemple les fameux prix négatifs) pour bâtir son futur me parait être un pari très dangereux.
“6CT privilégie encore le gros réparti plutôt que le petit individuel, mais c’est normal, ce sont les schémas de pensée des derniers 70 ans! et le smart grid reste à construire. ” Yes Sir, mais quand le “local” sera réellement devenu “local” et devra supporter ses coûts plutôt que de les répercuter au “national” via des systèmes type CSPE, on en reparlera peut-être…..
Faudrait comparer la consommation en utilisation réelle été hiver de voitures particulières ou d’utilitaires semblables en électrique et en diésel. La consommation à la prise électrique avec un compteur spécial pour le véhicule. Est ce que des entreprises ont fait ce calcul, la poste ou autres. Avec l’autolib on consomme sans rouler. La batterie est à plat en 2 jours et demi à l’arrêt sans prise électrique.
Si vous avez autre chose à proposer qu’un calcul de coin de table ( avec toutes ses approximations et ses hypothèses), vous êtes le bienvenu! C’est justement ce qu’un certain nombre d’entre nous cherchent, et visiblement ça semble converger sur les ordres de grandeur, ce qui est bien suffisant à un horizon de quelques decennies.
Meri Dan pour les détails qui me permettent de savoir comment faire varier le chiffre final. Je pensais que l’on arriverait à un chiffre plus petit avec des VE plus légers mais la Zoé fait 1400kg. On ne va pas gagner des masses en kwh sur le poids.
Ces calculs et scénarios n’ont de sens que dans un mix nucléaire+renouvelables! Si conformément à la volonté présidentielle (enfin, celle d’avant les elections) il faut limiter la production nucléaire à 50% d’on ne sait quoi, vos calculs sont toujours justes mais n’ont absolument plus de sens car il faudra d’abord faire plus de fossile pour couvrir les usages actuels de l’electricité. Est-ce que ça dérange nos écolos, je n’en suis même pas sûr…..
Je n’ai strictement rien compris. Vous voulez dire quoi? Que substituer de l’electricité non fossile à des carburants fossiles dans le transport est certainement une bonne idée? Ca tombe bien, je dis la même chose.
Merci encore pour ce calcul aux limites qui démontre que globalement le système electrique existant serait à même de fournir un parc automobile quasi 100% “electrique” moyennant de faibles adaptations (environ + 20% de production par rapport aux valeurs actuelles plus bien entendu la mise en place des bornes de recharge, sachant que le système actuel est exportateur net de la moitié environ des +20% nécessaires). Bon, ben yapluka travailler sur les performances et les coûts des batteries…..ce qui est le cas je n’en doute pas.