Le problème résolu des dépôts en électrolyse de l’eau de mer avec un système à double électrode

Une équipe de recherche dirigée par le Dr Ji-Hyung Han du centre de recherche sur le couplage et l’intégration sectoriels de l’Institut coréen de recherche sur l’énergie a développé un nouveau système d’électrolyse de l’eau de mer qui surmonte le problème de formation de précipités, longtemps responsable de la dégradation des performances et des interruptions de processus, tout en ouvrant une nouvelle voie pour l’avancée technologique.

L’électrolyse de l’eau est une technologie qui produit de l’hydrogène, une source d’énergie écologique, en séparant les molécules d’eau. Récemment, face à la pénurie mondiale d’eau douce, l’électrolyse de l’eau de mer suscite un intérêt croissant en tant qu’alternative prometteuse.

Cependant, l’électrolyse de l’eau de mer a souvent été considérée comme inefficace car les précipités formés à partir des ions magnésium et calcium de l’eau de mer s’accumulent à la surface des électrodes, entraînant une dégradation des performances. Il a également été souligné qu’une production continue d’hydrogène est difficile car les précipités déposés doivent être éliminés par lavage acide ou nettoyage mécanique.

Pour résoudre ce problème, les chercheurs du KIER ont développé pour la première fois au monde une nouvelle architecture système intégrant deux électrodes. Alors qu’une électrode produit de l’hydrogène et accumule les précipités, l’autre, sur laquelle des précipités se sont déjà formés, interrompt temporairement la production d’hydrogène et dissout les dépôts en utilisant l’eau de mer qui devient naturellement acidifiée pendant le fonctionnement.

Une fois les précipités complètement dissous, les deux électrodes échangent leurs rôles, permettant à la production d’hydrogène et à l’élimination des précipités de se dérouler simultanément. Grâce à des expériences, les chercheurs ont confirmé qu’en alternant simplement les rôles des électrodes toutes les 48 heures, la formation et l’élimination complète des précipités pouvaient être répétées continuellement.

Dans les systèmes classiques d’électrolyse de l’eau de mer à électrode unique, la consommation d’énergie augmentait d’environ 27 % après 200 heures de fonctionnement en raison de l’accumulation de précipités. En revanche, le système développé par l’équipe de recherche n’a montré qu’une augmentation de 1,8 % de la consommation d’énergie, même après plus de 400 heures de fonctionnement à long terme, offrant des performances 15 fois supérieures au système à électrode unique.

De plus, après 400 heures de fonctionnement, la teneur en catalyseur de production d’hydrogène n’a diminué que de 20 % par rapport à son niveau initial, démontrant une stabilité supérieure par rapport au système à électrode unique, qui a affiché une réduction de 53 %.

Le Dr Ji-Hyung Han, chercheur principal de l’étude, a déclaré : « Cette étude démontre que le problème des précipités, un goulot d’étranglement majeur dans l’électrolyse de l’eau de mer, peut être contrôlé uniquement par la conception de l’architecture du système. » Elle a ajouté : « En particulier, en étant la première au monde à proposer le concept d' »auto-nettoyage », où les électrodes se régénèrent d’elles-mêmes en utilisant l’eau de mer acidifiée, ce travail ouvre une nouvelle voie pour le développement futur de la technologie d’électrolyse de l’eau de mer. »

Cette recherche a été menée en collaboration avec l’équipe du professeur Joohyun Lim de l’Université nationale de Kangwon, avec le soutien du projet de groupe de recherche convergente du Conseil national de la recherche scientifique et technologique (NST). Les résultats ont été publiés dans le numéro de mars du Chemical Engineering Journal (IF 13,2), une prestigieuse revue internationale dans les domaines de l’énergie et du génie chimique.

Article : Self-cleaning dual cathode for enhanced durability of bipolar membrane-based direct seawater electrolysis – Journal : Chemical Engineering Journal – DOI : Lien vers l’étude

Source : KIER