L’hydrogène vert, produit à partir de l’énergie solaire, pourrait devenir rentable grâce à une nouvelle approche de co-production développée par des chercheurs du Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) et de l’Université technique de Berlin.
Cette méthode permet de transformer des produits chimiques dérivés de la biomasse en produits chimiques de haute valeur pour l’industrie, rendant ainsi la production d’hydrogène vert plus économiquement viable.
Le concept de co-production
La production d’hydrogène vert à partir de l’énergie solaire est possible grâce à l’utilisation de dispositifs photoélectrochimiques (PEC). Cependant, jusqu’à présent, l’hydrogène vert était plus coûteux que l’hydrogène «gris» produit à partir de gaz naturel.
L’étude menée par les chercheurs du HZB et de l’Université technique de Berlin montre comment l’hydrogène vert peut devenir rentable en utilisant une partie de l’hydrogène pour améliorer les produits chimiques dérivés de la biomasse.
Le concept de co-production est très flexible, permettant à la même installation de produire différents sous-produits selon les besoins. Cette approche pourrait jouer un rôle important dans le stockage de l’énergie et la production de produits chimiques et de matériaux renouvelables pour diverses applications.
Contrôle des réactions chimiques
L’équipe de chercheurs, dirigée par Fatwa Abdi et Reinhard Schomäcker, a étudié comment l’équilibre entre la production d’hydrogène et la transformation de l’acide itaconique (IA) en acide méthylsuccinique (MSA) peut être modifié en ajustant les paramètres du processus et la concentration du catalyseur à base de rhodium.
L’acide itaconique provient de la biomasse et est introduit dans le dispositif, tandis que l’acide méthylsuccinique est un composé de haute valeur utilisé par l’industrie chimique et pharmaceutique.
En contrôlant les réactions chimiques dans le dispositif PEC, les chercheurs ont pu utiliser différentes proportions d’hydrogène pour la production sélective d’acide méthylsuccinique, augmentant ou diminuant sa production selon les besoins.
Rentabilité de la production d’hydrogène vert
Avec une efficacité globale de 10 % pour une installation PEC et en tenant compte des coûts primaires, de l’exploitation, de la maintenance et du démantèlement, la production d’hydrogène pur reste trop coûteuse par rapport à la production à partir de gaz fossile. Cependant, si la réaction PEC est couplée au processus d’hydrogénation, la situation change.
Si seulement 11 % de l’hydrogène produit est converti en MSA, le coût de l’hydrogène chute à 1,5 € par kilogramme, ce qui est déjà au même niveau que pour l’hydrogène issu du reformage du méthane.
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Le prix du marché de l’acide méthylsuccinique étant nettement supérieur à celui de l’hydrogène, une production accrue de MSA augmente la rentabilité. Dans l’expérience, entre 11 et 60 % de l’hydrogène a pu être utilisé sélectivement pour produire du MSA.
En synthèse
La co-production d’hydrogène vert et de produits chimiques de haute valeur à partir de la biomasse pourrait rendre la production d’hydrogène vert économiquement viable. Cette approche flexible permet de produire différents sous-produits en fonction des besoins et pourrait jouer un rôle clé dans le stockage de l’énergie et la production de produits chimiques et de matériaux renouvelables.
Pour une meilleure compréhension
1. Qu’est-ce que l’hydrogène vert et comment est-il produit ?
L’hydrogène vert est un type d’hydrogène produit à partir de sources d’énergie renouvelables, comme l’énergie solaire. Il est obtenu par électrolyse de l’eau à l’aide de dispositifs photoélectrochimiques (PEC).
2. Quelle est la différence entre l’hydrogène vert et l’hydrogène gris ?
L’hydrogène vert est produit à partir de sources d’énergie renouvelables, tandis que l’hydrogène gris est produit à partir de gaz naturel, une source d’énergie fossile.
3. Comment la co-production rend-elle l’hydrogène vert économiquement viable ?
La co-production permet d’utiliser une partie de l’hydrogène vert pour améliorer des produits chimiques dérivés de la biomasse en produits chimiques de haute valeur pour l’industrie. Cela rend la production d’hydrogène vert plus rentable.
4. Comment les chercheurs contrôlent les réactions chimiques dans les dispositifs PEC
Les chercheurs ajustent les paramètres du processus et la concentration du catalyseur à base de rhodium pour contrôler l’équilibre entre la production d’hydrogène et la transformation de l’acide itaconique en acide méthylsuccinique.
5. Quel est le rôle de l’acide méthylsuccinique dans cette étude ?
L’acide méthylsuccinique est un composé de haute valeur utilisé par l’industrie chimique et pharmaceutique. Sa production à partir de l’hydrogène vert augmente la rentabilité de la production d’hydrogène.
Source : Nature Communications, DOI 10.1038/s41467-023-41742-4, « Solar-driven upgrading of biomass by coupled hydrogenation using in situ (photo)electrochemically generated H2 », 27-Sep-2023.
