De l’hydrogène dans le châssis des voitures !

Le châssis et les structures d’une voiture pourraient à l’avenir servir à stocker de l’hydrogène. C’est le défi que va essayer de relever une équipe de chercheurs dirigée par le Professeur Neil McKeown de l’Université de Cardiff et le docteur Peter Budd de l’Université de Manchester. Ce projet de trois ans est financé par l’Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) à hauteur de 115.000 livres (environ 168.000 euros).

La volatilité très élevée du dihydrogène et sa faible densité constituent des problèmes à résoudre pour le développement des technologies de l’hydrogène. A l’heure actuelle, le gaz est stocké sous différentes formes :

• en tant que gaz comprimé dans des cuves pressurisées entre 200 et 700 bars ;
• comme liquide : le dihydrogène se liquéfie à -253 °C sous pression atmosphérique, cette méthode est plus pratique au niveau encombrement que sous phase gazeuse mais est très chère à cause de l’énergie qu’il faut fournir pour le changement de phase et les nombreux isolants nécessaires pour empêcher l’évaporation ;
• capturé par des solides poreux : hydrures métalliques (stockage dans des composés métalliques), adsorption de carbone (stockage en surface sur du charbon actif ou des nanotubes), stockage dans des zéolites ; toutes ces techniques sont au stade de la recherche.

Ce sont ces techniques de stockage dans des polymères poreux qu’étudient les deux chercheurs britanniques. Les polymères organiques n’ont été considérés pour le stockage de l’hydrogène qu’à partir du développement, par le Pr McKeown en 2000, des polymères possédant une microporosité intrinsèque (PIM), polymères rigides avec une structure très microporeuse, présentant donc une surface importante. Ces matériaux sont composés de macromolécules en sous-ensembles annulaires soudés. Le diamètre des pores présents dans le matériau est inférieur à 7 nm et la surface spécifique de ces polymères est de 800 m2/g, soit l’équivalent de 3 courts de tennis (la superficie d’un court de tennis est d’environ 260 m2).

L’hydrogène est ainsi adsorbé physiquement par le PIM, retenu par des forces faibles et non des liaisons covalentes, ce qui le rend facile à extraire une fois capturé. Ces pores adsorbent de l’hydrogène et peuvent ensuite en relâcher 1,4 à 1,7% si le PIM est refroidi à -196 °C par de l’azote liquide et sous une pression de 5 bars.

L’Agence Internationale de l’Energie a fixé comme objectif une adsorption réversible de l’hydrogène à hauteur de 5% pour un système de stockage réaliste. Les performances des autres types de stockage dans des solides poreux ne sont pas supérieures à celui de PIM, les zéolites atteignent 1,5% dans des conditions similaires.

L’intérêt des PIM vient de ce que ces matériaux peuvent être "taillés sur mesure" au cours de leur synthèse chimique. Il est ainsi possible de produire des polymères solubles ou insolubles avec des formes diverses. En optimisant correctement ces techniques il serait possible d’augmenter la quantité d’hydrogène adsorbable.

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