Réduction de 600 % de l’énergie nécessaire pour produire de l’hydrogène vert

Des ingénieurs américains ont mis au point une méthode innovante pour produire de l’hydrogène à partir de l’eau en utilisant uniquement l’énergie solaire et des déchets agricoles. Cette approche réduit de 600 % l’énergie nécessaire à l’extraction de l’hydrogène, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives pour une production chimique durable et respectueuse du climat.

Une nouvelle méthode pour produire de l’hydrogène

Les carburants à base d’hydrogène représentent l’une des sources d’énergie propre les plus prometteuses. Cependant, la production d’hydrogène pur est un processus énergivore qui nécessite souvent du charbon ou du gaz naturel ainsi que de grandes quantités d’électricité.

Dans un article, une équipe multi-institutionnelle dirigée par l’ingénieur Meenesh Singh de l’Université de l’Illinois à Chicago présente un nouveau procédé de production d’hydrogène vert.

Utilisation du biochar pour réduire l’énergie nécessaire

Le procédé utilise une substance riche en carbone appelée biochar pour diminuer la quantité d’électricité nécessaire à la conversion de l’eau en hydrogène. En utilisant des sources d’énergie renouvelables telles que l’énergie solaire ou éolienne et en capturant les sous-produits pour d’autres usages, le processus peut réduire les émissions de gaz à effet de serre à zéro.

« Nous sommes le premier groupe à montrer que l’on peut produire de l’hydrogène en utilisant de la biomasse avec une fraction de volt », a précisé Meenesh Singh, professeur associé au département de génie chimique. « C’est une technologie transformative. »

Réduction de la tension nécessaire à l’électrolyse

L’électrolyse, le processus de séparation de l’eau en hydrogène et oxygène, nécessite un courant électrique. À l’échelle industrielle, des combustibles fossiles sont généralement nécessaires pour générer cette électricité.

Récemment, des scientifiques ont réduit la tension nécessaire à la séparation de l’eau en introduisant une source de carbone dans la réaction. Cependant, ce processus utilise également du charbon ou des produits chimiques coûteux et libère du dioxyde de carbone en tant que sous-produit.

Meenesh Singh et ses collègues ont modifié ce processus pour utiliser de la biomasse provenant de déchets courants. En mélangeant de l’acide sulfurique avec des déchets agricoles, des déchets animaux ou des eaux usées, ils créent une substance semblable à une boue appelée biochar, riche en carbone.

L’équipe a expérimenté différents types de biochar fabriqués à partir de cosses de canne à sucre, de déchets de chanvre, de déchets de papier et de fumier de vache. Lorsqu’ils sont ajoutés à la chambre d’électrolyse, les cinq variétés de biochar ont réduit la puissance nécessaire pour convertir l’eau en hydrogène. Le meilleur résultat a été obtenu avec le fumier de vache, réduisant la demande électrique de six fois à environ un cinquième de volt.

Une efficacité énergétique remarquable

Les besoins énergétiques étaient suffisamment faibles pour que les chercheurs puissent alimenter la réaction avec une seule cellule solaire en silicium standard générant environ 15 milliampères de courant à 0,5 volt. Cela représente moins de puissance qu’une pile AA.

« C’est très efficace, avec une conversion de presque 35 % du biochar et de l’énergie solaire en hydrogène », a déclaré Rohit Chauhan, co-auteur. « Ce sont des chiffres records mondiaux ; c’est le plus élevé jamais démontré. »

Pour rendre le processus neutre en carbone, il est nécessaire de capturer le dioxyde de carbone généré par la réaction. Meenesh Singh a toutefois indiqué que cela pourrait également avoir des avantages environnementaux et économiques, tels que la production de dioxyde de carbone pur pour carbonater des boissons ou le convertir en éthylène et autres produits chimiques utilisés dans la fabrication de plastiques.

« Cela diversifie non seulement l’utilisation des déchets biologiques, mais permet également la production propre de différents produits chimiques au-delà de l’hydrogène », a conclu Nishithan Kani co-auteur principal de l’article. « Cette méthode économique de production d’hydrogène pourrait permettre aux agriculteurs de devenir autosuffisants pour leurs besoins énergétiques ou de créer de nouvelles sources de revenus. »

Légende illustration : Le professeur associé Meenesh Singh, à droite, et le chercheur postdoctoral Rohit Chauhan travaillent dans le laboratoire de Singh à l’Université de l’Illinois Chicago. (Photo : Jenny Fontaine/ UIC)

Article : « Sub-volt conversion of activated biochar and water for H2 production near equilibrium via biochar-assisted water electrolysis » – DOI: 10.1016/j.xcrp.2024.102013