Produire de l’hydrogène bon marché par électrolyse simplifiée

Un dispositif simplifié et performant développé à l’EPFL devrait permettre de produire de l’hydrogène à bas coût. Les chercheurs sont parvenus à réaliser une électrolyse de l’eau sans utiliser la membrane coûteuse et contraignante placée entre les électrodes dans les systèmes traditionnels.

Remplacer les carburants fossiles par de l’hydrogène est un rêve que poursuivent de nombreux scientifiques. Comme il n’émet aucune particule de CO2, l’hydrogène est un candidat idéal pour faire fonctionner des moteurs ou stocker des énergies renouvelables. Or la production d’hydrogène propre, qui consiste à «casser» des molécules d’eau en hydrogène et en oxygène à l’aide d’un courant électrique, demeure problématique. Elle est pour l’instant beaucoup trop coûteuse pour rivaliser avec les sources d’énergies conventionnelles.

A l’EPFL, l’équipe de Demetri Psaltis présente un système de production d’hydrogène par électrolyse de l’eau simplifié et adaptable. En jouant avec les forces inhérentes à la mécanique des fluides, les chercheurs ont montré qu’il était possible de se passer de la membrane coûteuse placée entre les électrodes dans les systèmes conventionnels existants. Une découverte qui a fait l’objet d’une publication dans Energy and Environmental Science.

Un démonstrateur microfluidique révolutionnaire

Dans un système traditionnel, deux électrodes sont plongées dans l’eau et séparées par une membrane en polymère. Un courant électrique est envoyé dans l’une des électrodes (la cathode), puis est récupérée par l’autre (anode). Le courant, aidé par un catalyseur, provoque la séparation des molécules d’eau en oxygène et en hydrogène. Afin d’éviter que ces deux gaz ne se mélangent et entraînent une explosion, on implante une membrane de polymère entre les catalyseurs, qui maintient les deux gaz séparés.

Dans le domaine académique et industriel, ces membranes à conductivité ionique sont pour la majorité fabriquées en Nafion, en raison de leur stabilité. Elles coûtent cher, leur durée de vie est limitée, et elles ne peuvent fonctionner que dans des solutions très acides, ce qui limite le choix des catalyseurs.

Pour s’en débarrasser, les scientifiques ont placé les électrodes à moins d’une centaine de micromètres l’une de l’autre, dans un dispositif microfluidique. Lors du passage du liquide à une certaine vitesse entre les électrodes, les gaz sont entraînés dans des directions opposées grâce à un effet de portance (effet Segré-Silberberg), sans qu’il y ait besoin de membrane pour les diriger.

Ce design ouvre la voie à la fabrication de dispositifs pouvant fonctionner avec tous types de liquides électrolytes (contenant des ions) et tous types de catalyseurs. Jusqu’ici, seuls les catalyseurs faits de métaux nobles tels que le platine pouvaient résister au pH imposé par la membrane. Sans membrane, il n’est plus nécessaire de maintenir un taux d’acidité très élevé dans la solution, ce qui permettrait d’utiliser des catalyseurs variés et moins onéreux. "Notre dispositif peut en outre potentiellement surpasser les performances des systèmes traditionnels impliquant une membrane", explique MoMohammad Hashemi, premier auteur de la publication. Les électrolytes liquides ont en effet une conduction ionique plus élevée que les membranes traditionnelles"

Le défi consiste à présent à passer d’un dispositif microfluidique à des systèmes utilisable à l’échelle standard. Comme la seule partie qui doit rester petite est la distance entre les électrodes, les chercheurs étudient notamment la possibilité d’utiliser de larges surfaces d’électrodes, qui font figure de "mur" entre les minuscules canaux remplis d’électrolyte.

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18 Commentaires sur "Produire de l’hydrogène bon marché par électrolyse simplifiée"

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Papijo
Invité

Des électrodes placées à moins de 100 microns (0,1 mm) l’une de l’autre et de plusieurs mètres carrés (si on sort du laboratoire), ça tient longtemps sans se boucher ou sans entrer en contact et créer un court-circuit ?

Pastilleverte
Invité

YAPLUKA si j’ai bien compris…. (pourrait, devrait et potentiellement) Soyons positifs et souhaitons bonne chance à l’ EPFL

Samivel51
Invité

Serait-ce un trait profondement francais? Ou simplement une carateristique des lecteurs d’Enerzine? A chaque innovation, on s’attache avant tout a demontrer que ca ne marchera jamais. Comme si l’innovation etait avant tout un danger. La France est par exemple la championne du monde du “principe de precaution”. Ca me rappelle le banquier Danglars dans Monte Cristo: “Investir dans les chemins de fer? Mais vous n’y pensez pas! Quand les trains entreront dans les tunnels a la vitesse vertigineuse de 14 km/h, les passagers mourront ecrases sous la pression!”…

Devoirdereserve
Invité
@Papijo : l’un des principes de la microfluidique, c’est de fabriquer et faire travailler en parallèle des milliers/millions/milliards de micro-réacteurs. Chacun ne fait que quelques mm2. @Tony : les méthodes de fabrication sont, souvent, les mêmes qu’en micro-électronique, avec des coûts de production qui plongent dès qu’on passe à l’échelle. Un peu de lithographie, de la découpe laser… Mais ça peut-être aussi des méthodes de fabrication plus légères, comme on en voit dans les FabLabs, MakerSpaces et autres HackerSpaces… de la lithographie ou de la découpe laser, aussi, mais hors salle blanche, avec des équipements à quelques k€… Cerise sur… Lire plus »
Bibi51
Invité

Ce que je voudrai pour mon projet de “générateur électrique pour V.H.” moins cher à fabriquer! Qui pourrai me brancher sur un motoriste volontaire?… Car le V.E. n’aboutira jamais sur un produit acceptable pour le grand public JC BIdois

Lionel-fr
Invité
Les extruders des fabLabs utilisent des matériaux peu enclins à travailler sous pression. D’autre part et c’est récurrent en impression 3D, on est obligé de faire avec les matériaux bruts, càd qu’on peut pas armaturer avec des fibres. Même remarque dans la fabrication des maisons d’ailleurs. Par contre, on peut produire des moules sur les objets imprimés et passer à l’étape injection mais ce n’est pas du tout la même démarche même si les coûts peuvent chuter grâce qux économies d’échelle (l’extrusion se prète pas bien à la fabrication en volume) M’enfin bref, pour égaler en qualité les processus industriels… Lire plus »
Devoirdereserve
Invité

Je parlais juste de la plaque constituant le micro-réacteur d’électrolyse…

Tech
Invité

à papy papijo et elle sont de quelle tailles les membranes de désalinisation de l’eau de mer en quantité industrielle? les solutions de filtrage existent et heureusement! au passage papy, les centaines de microns c’est gigantesque par rapport aux “nano” tech ;o)) et les nanotech c’est aujourd’hui !

Lionel-fr
Invité
Ok, honnètement , je trouve qu’il manque un croquis à cet article 🙂 Je comprends très bien ce qu’on veut faire mais je fais mal la jointure entre “micro-fluidique” , “passage du liquide à une certaine vitesse” et la nécessaire collecte des gaz en sortie de réacteur Je ne vois pas comment on accélère un fluide dans un micro-réacteur , et encore moins comment on peut transformer des gaz en eau + courant.. Pour avoir fait le design de plusieurs engins de ce genre, je sais comment accélérer le fluite en utilisant sa propre énergie de convection et évidemment ,… Lire plus »
Papijo
Invité

Il faut faire une distinction entre le mm3 et les milliers ou millions de m3 ! Pour l’instant, la technologie “marcherait” à l’échelle du mm3. Attendons qu’elle ait progressé avant d’écrire des articles triomphalistes ! Au fait, ce n’est pas moi qui ai écrit: “Le défi consiste à présent à passer d’un dispositif microfluidique à des systèmes utilisable à l’échelle standard”. C’est les chercheurs de l’EPFL eux-mêmes (dernièrre phrase de l’article ci-dessus)

Devoirdereserve
Invité
@Lionel-fr Evidemment, le schéma serait utile. J’ai accès à la publication, il y a tout ce qu’il faut dedans. Mais le copyright… Si je trouve un croquis ailleurs, je le poste, promis. Bon en gros : le réacteur, c’est un injecteur, un micro-canal de quelques mm de long, bordé de part et d’autre par les électrodes. Le fluide s’écoule en régime laminaire strict : il me semble que c’est bien ça, une des spécificité de ce genre de dispositifs micro-fluidiques. Les bulles restent donc coincées au voisinage de leur électrode de naissance respective. La seule cause de mélange est la… Lire plus »
Lionel-fr
Invité
Merci , votre explication me suffit, si j’en veux plus je les contacterai. Je comprends mieux votre souhait de prototyper un engin, cela dit vous serez également soumis au copyright et donc les fablab’s vous poseront problème. Fablab est une marque déposée par le MIT qui implique une licence open-source sur les projets développés. Par contre de nombreux équivalents commerciaux existent , enfin nombreux, c’est aller vite en besogne, il seront nombreux “un jour” Sinon je vais avoir une Ultimaker 2 sous la main .. Je travaille le plus souvent sous Blender mais Autodesk commence à truster l’univers des petites… Lire plus »
Tech
Invité

j’admire votre envie de passer à la réalisation, mais stocker de l’H2 sous pression c’est du lourd ! les bulles de O2 et de H2 qui restent chacune du coté de leur électrode et qu’on récupère au bout du flux, OK, mais après , faut comprimer ! et être bien sur que tout ces gaz n’ait pas l’occasion de se recombiner et d’éviter les étincelles , sinon, boum!

Devoirdereserve
Invité

Oh non, pas Blender, pas AutoDesk ! Utilisez OpenScad, pour le côté open-source. Ou 3DSlash pour le côté fun.

Lionel-fr
Invité
J’ai regardé openScad, ça me rappelle POV, j’ai adoré POV .. Mais depuis j’ai découvert d’autres univers. D’abord la CSG (constructive solid geometry) nécessite d’être entièrement calculée avant de situer les polygones.. Càd qu’il faut un second format interne au logiciel simplement pour assurer l’affichage ! Ici c’est le .dxf , bonjour Autocad des 90’s .. .dxf ne gère que des triangles, si vous voulez plus d’angles, il suffit d’ajouter des triangles.. ouais .. c’était vrai en 90 mais les choses ont quand même évolué OK , c’est vrai que les booléens sont nuls sous blender, difficile de les employer… Lire plus »
Lionel-fr
Invité

J’ai parlé un peu vite.. La société MarkForged a créé une imprimante 3D qui imprime de la fibre de carbone (ou fibre de silice (verre)) Si vous préférez une interview en anglais dans un salon : Vous pouvez donc extruder des objets prévus pour supporter l’hydrogène sous pression enjoy..

Devoirdereserve
Invité

Top la MarkForged, merci pour le lien. Où ai-je mis ma carte bleue ?

Lionel-fr
Invité
Ok, l’engin et les matériaux ne sont pas donnés. Il y a quelques solutions à ce problème, la première consiste à mutualiser l’utilisation de la machine, ça prend du temps et suppose de créer une structure qui embauche des gens. Argh ! on est d’accord , embaucher en France , c’est un peu comme mettre la main dans l’huile de friture, une sorte d’hara-kiri franchouillard où tout le monde vous applaudit pendant que vous agonisez.. Désolé d’avoir été si grossier.. L’autre méthode est de recourir aux services facturés d’une société qui a eu les couilles de le faire , comme… Lire plus »
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