Les scientifiques suggèrent que les déchets nucléaires pourraient alimenter une révolution de l’énergie propre

Points marquants

• Les déchets nucléaires offrent une solution durable pour la production d'hydrogène à long terme. 
• L'électrolyse améliorée par rayonnement multiplie par dix le rendement en hydrogène. 
• L'utilisation de catalyseurs à base d'uranium réduit le besoin en métaux rares et coûteux. 
• Le reformage du méthane à l'aide de catalyseurs à base d'uranium minimise l'accumulation de carbone et augmente le rendement. 
• La photocatalyse en phase liquide améliore la production d'hydrogène à partir des eaux usées nucléaires.

Les déchets nucléaires restent un danger environnemental majeur en raison de sa radioactivité durable, qui peut persister pendant des milliers d’années. Cependant, de nouvelles recherches menées par des scientifiques de l’Université de Sharjah suggèrent que les déchets nucléaires pourraient offrir une voie durable pour la production d’hydrogène à long terme.

L’hydrogène est actuellement reconnu comme un vecteur prometteur d’énergie propre, et les scientifiques poursuivent activement de nouvelles méthodes pour le produire. L’étude explore comment les déchets nucléaires, traditionnellement considérés comme un passif, pourraient être réutilisés pour générer de l’hydrogène à l’échelle industrielle.

À l’échelle mondiale, le volume de déchets nucléaires s’accumule. Compte tenu de différents niveaux de radioactivité, on estime que plus de 4 millions de mètres cubes de déchets nucléaires sont actuellement stockés dans le monde.

« L’utilisation de déchets nucléaires est une nouvelle méthode de production d’hydrogène qui transforme un problème environnemental persistant en une ressource utile », notent les chercheurs. « L’hydrogène est devenu un vecteur d’énergie prometteur à mesure que le besoin de sources d’énergie durables et propres augmente à l’échelle mondiale. »

L’optimisme des scientifiques à l’égard de la conversion des déchets nucléaires en hydrogène repose sur un examen complet des technologies innovantes actuellement disponibles qui exploitent la radioactivité pour diviser les molécules d’eau en hydrogène et en oxygène sans émettre de dioxyde de carbone.

Les chercheurs écrivent: «Sur la base de la recherche existante, il a été constaté que les déchets nucléaires peuvent améliorer considérablement la production d’hydrogène grâce à une variété de méthodes avancées, y compris l’électrolyse améliorée par catalyseur, le reformage du méthane et les cycles thermochimiques.

« D’autres techniques prometteuses impliquent des cellules d’électrolyse améliorées par rayonnement, l’alimentation des déchets radioactifs dans un appareil de chauffage pour générer de l’électricité pour alimenter les cellules d’électrolyse, la radiolyse et la photocatalyse plasmatique liquide. »

La recherche présente une étude détaillée et complète des méthodes actuelles développées pour recycler les déchets nucléaires en hydrogène.

Parmi les plus prometteurs, selon les auteurs, figure l’électrolyse améliorée par radiation. Ce nouveau processus, disent les scientifiques, peut augmenter le rendement en hydrogène jusqu’à dix fois par rapport à l’électrolyse traditionnelle. Cette technologie offre une voie beaucoup plus rapide et plus efficace vers la production d’hydrogène à partir de déchets nucléaires, affirment les scientifiques.

En réévaluant les recherches antérieures, les auteurs identifient la catalyse à base d’uranium comme rentable, à la fois en termes de disponibilité des matériaux et de dépenses globales. « L’utilisation de catalyseurs à base d’uranium réduit le besoin de métaux rares et coûteux », soutiennent-ils, notant que « le coût élevé et la rareté créent un besoin urgent (d’adoption) d’alternatives plus abordables ».

Dans la catalyse à base d’uranium comme technique, les composés de l’uranium servent de catalyseurs – des substances qui peuvent accélérer les réactions chimiques, en particulier dans le contexte de l’hydrogène de l’eau, une voie prometteuse pour l’énergie durable. Cette approche attire l’attention dans les milieux universitaires.

L’article recommande également deux technologies supplémentaires de production d’hydrogène: le reformage du méthane à l’aide de catalyseurs à base d’uranium, qui peuvent réduire l’accumulation de carbone et améliorer le rendement en hydrogène, et la photocatalyse plasmatique en phase liquide, une méthode qui améliore la production d’hydrogène à partir d’eaux usées nucléaires.

Les auteurs examinent de manière critique les limites et les défis associés à ces méthodes, y compris « le risque de contamination par le gaz de synthèse, la modification chimique du catalyseur et des réglementations strictes qui entravent les progrès de la recherche dans ce domaine ».

Néanmoins, ils soulignent les avantages des techniques proposées, déclarant qu’ils « ont plusieurs avantages, notamment la réduction de la quantité de déchets radioactifs, la réduction de l’exigence de stockage à long terme et la fourniture d’un approvisionnement régulier en hydrogène ».

Les auteurs présentent un examen approfondi qui révèle également des lacunes persistantes dans le domaine de la production d’hydrogène à partir de déchets nucléaires. Ces lacunes, disent-ils, doivent être comblées par la recherche scientifique future. « La recherche dans ce domaine reste limitée et dispersée, soulignant la nécessité d’une enquête plus approfondie », soulignent-ils.

Ils soulignent un « obstacle important » pour les scientifiques qui cherchent à faire progresser les technologies axées sur la conversion des déchets nucléaires en hydrogène. Cette barrière, selon l’étude, est représentée dans le cadre réglementaire strict imposé à l’accès et à la manipulation des matières radioactives et des déchets radioactifs.

« La plupart de la littérature disponible repose sur des sources de rayonnement externes pour simuler les effets des déchets radioactifs, ce qui peut compromettre l’exactitude et l’applicabilité réelle des résultats », soutiennent-ils, ajoutant que si la réglementation était essentielle, « des réglementations strictes entravent l’innovation ».

L’examen examine systématiquement les approches actuelles de la production d’hydrogène à partir des déchets nucléaires, y compris les cellules d’électrolyse améliorées, les processus de radiolyse, les cycles thermochimiques, les cellules de radioélectrolyse et les techniques de reformage du méthane.

Selon les auteurs, « ces méthodes sont prometteuses pour augmenter la quantité d’hydrogène produite, réduire le besoin d’éléments coûteux et rares et réduire les effets environnementaux à long terme des déchets nucléaires. »

Ils démontrent en outre que la production d’hydrogène dans les processus de radiolyse est significativement affectée par plusieurs variables, telles que l’ajout d’acide formique (augmentation du rendement jusqu’à 12 fois), la température (augmentation jusqu’à cinq fois), la durée d’irradiation et le type de catalyseur, y compris le TiO2 (phase Rutile) et ZrO2, émergeant comme catalyseurs particulièrement efficaces.

Les auteurs concluent en soulignant l’importance de la collaboration entre les secteurs: « Afin de surmonter les obstacles techniques, réglementaires et financiers à l’avenir, il sera crucial de promouvoir la coopération entre les institutions de recherche scientifique, les législateurs et les parties prenantes de l’industrie. »

Article : « Nuclear waste for hydrogen production: methods, advantages, and future perspectives » – DOI : 10.1016/j.nucengdes.2025.114511

Source : University of Sharjah