En utilisant des nanoparticules d’oxyde de baryum, des chercheurs ont développé une technique auto-nettoyante qui pourrait permettre aux piles à combustible à oxyde solide d’être alimentées directement par le gaz de houille à des températures atteignant (seulement) quelque 750 degrés Celsius.
Selon eux, la technique pourrait fournir une alternative plus propre et plus efficace aux centrales de production d’électricité conventionnelles existantes dans certains pays qui possédent de vastes réserves de charbon (Chine, Etats-Unis, Inde, Russie etc.).
Les piles à combustible à oxyde solide peuvent fonctionner avec une large variété de combustibles, et utiliser directement des gaz d’hydrocarbures – sans réformateur. Les piles à combustible reposent généralement sur des anodes à base de nickel et d’un matériau céramique connu sous le nom d’oxyde de zirconium stabilisé à l’yttrium. Jusqu’à présent, les combustibles contenant du carbone comme le gaz de charbon ou le propane avaient la propriété de détériorer rapidement ces anodes ( Ni-YSZ ), par des dépôts de carbone dans un processus appelé « coke » – en particulier à des basses températures.
Pour contrer ce problème, les chercheurs ont développé une technique capable de faire pousser des nanostructures d’oxyde de baryum sur les anodes. Ces structures absorbent l’humidité lorsque la réaction chimique à base d’eau oxyde le carbone, maintenant ainsi la surface des électrodes de nickel propre, même lorsque le combustible contenant du carbone est utilisé à basse température.
"Ce processus pourrait être finalement le plus propre, le plus efficace et le plus rentable pour convertir le charbon en électricité", a déclaré Liu Meilin, professeur à l’Ecole des Sciences et Génie des Matériaux à l’Institut de Technologie de Géorgie. "Et en fournissant un flux d’échappement de dioxyde de carbone pur, cette technique pourrait aussi faciliter la séquestration du carbone, sans les phases de séparation et de purification désormais requises pour les installations classiques alimentées au charbon."
Les installations conventionnelles de production d’électricité à base de charbon génèrent seulement un tiers de l’énergie disponible dans le carburant qu’elles brûlent. Les piles à combustible peuvent convertir beaucoup plus d’énergie, environ 50%. Si les turbines à gaz et les piles à combustible étaient combinées dans des systèmes hybrides, les chercheurs pensent qu’ils pourraient capturer jusqu’à 80% de l’énergie, en réduisant la quantité de charbon nécessaire pour produire une quantité donnée d’énergie, et réduire potentiellement les émissions de carbone.
