De l’hydrogène directement à partir de l’eau de mer sans dessalement

Des chercheurs ont mis au point une méthode moins coûteuse et plus efficace sur le plan énergétique pour produire de l’hydrogène directement à partir de l’eau de mer, ce qui constitue une étape cruciale vers une industrie de l’hydrogène vert réellement viable.

La nouvelle méthode des chercheurs de l’université RMIT sépare directement l’eau de mer en hydrogène et en oxygène, évitant ainsi le dessalement, son coût, sa consommation d’énergie et ses émissions de carbone.

L’hydrogène est depuis longtemps considéré comme un carburant propre pour l’avenir et une solution potentielle aux problèmes énergétiques critiques, en particulier pour les industries qui sont plus difficiles à décarboniser, comme l’industrie manufacturière, l’aviation et le transport maritime.

La quasi-totalité de l’hydrogène utilisé dans le monde provient actuellement de combustibles fossiles et sa production est responsable d’environ 830 millions de tonnes de dioxyde de carbone par an*, soit l’équivalent des émissions annuelles du Royaume-Uni et de l’Indonésie réunis.

Mais l’hydrogène « vert » sans émissions, produit par scission de l’eau, est si cher qu’il n’est pas viable commercialement et ne représente que 1 % de la production totale d’hydrogène dans le monde.

Le Dr Nasir Mahmood, chercheur principal au RMIT, a déclaré que les procédés de production d’hydrogène vert étaient à la fois coûteux et dépendaient de l’eau douce ou dessalée.

« Nous savons que l’hydrogène a un immense potentiel en tant que source d’énergie propre, en particulier pour les nombreuses industries qui ne peuvent pas facilement passer à l’énergie renouvelable« , a déclaré M. Mahmood.

« Mais pour être vraiment durable, l’hydrogène que nous utilisons doit être exempt à 100 % de carbone tout au long de son cycle de production et ne doit pas entamer les précieuses réserves d’eau douce de la planète.« 

« Notre méthode de production d’hydrogène directement à partir de l’eau de mer est simple, évolutive et bien plus rentable que toutes les autres méthodes de production d’hydrogène vert actuellement disponibles sur le marché. »

« Nous espérons qu’en poursuivant le développement de cette méthode, nous pourrons favoriser l’établissement d’une industrie florissante de l’hydrogène vert en Australie« .

Une demande de brevet provisoire a été déposée pour la nouvelle méthode, décrite en détail dans une étude à l’échelle du laboratoire publiée dans la revue Wiley, Small.

Séparer la différence : un catalyseur pour l’eau de mer

Pour produire de l’hydrogène vert, on utilise un électrolyseur qui envoie un courant électrique dans l’eau pour la séparer en ses éléments constitutifs, l’hydrogène et l’oxygène.

Ces électrolyseurs utilisent actuellement des catalyseurs coûteux et consomment beaucoup d’énergie et d’eau – il faut environ neuf litres pour produire un kilogramme d’hydrogène. Ils produisent également des substances toxiques : non pas du dioxyde de carbone, mais du chlore.

« Le principal obstacle à l’utilisation de l’eau de mer est le chlore, qui peut être produit en tant que sous-produit. Si nous devions répondre aux besoins mondiaux en hydrogène sans résoudre d’abord ce problème, nous produirions 240 millions de tonnes de chlore par an, soit trois à quatre fois les besoins mondiaux en chlore. Il est inutile de remplacer l’hydrogène produit à partir de combustibles fossiles par une production d’hydrogène qui pourrait nuire à notre environnement d’une autre manière« , a déclaré M. Mahmood.

« Non seulement notre procédé ne produit pas de dioxyde de carbone, mais il ne produit pas non plus de chlore.« 

La nouvelle approche conçue par une équipe du groupe de recherche multidisciplinaire Materials for Clean Energy and Environment (MC2E) du RMIT utilise un type spécial de catalyseur mis au point pour fonctionner spécifiquement avec l’eau de mer.

L’étude, menée par le doctorant Suraj Loomba, s’est concentrée sur la production de catalyseurs stables et hautement efficaces pouvant être fabriqués de manière rentable.

« Ces nouveaux catalyseurs nécessitent très peu d’énergie pour fonctionner et pourraient être utilisés à température ambiante« , a déclaré M. Mahmood.

« D’autres catalyseurs expérimentaux ont été mis au point pour la séparation de l’eau de mer, mais ils sont complexes et difficiles à mettre à l’échelle.« 

« Notre approche s’est concentrée sur la modification de la chimie interne des catalyseurs par une méthode simple, ce qui les rend relativement faciles à produire à grande échelle, de sorte qu’ils peuvent être facilement synthétisés à l’échelle industrielle« , a déclaré M. Loomba.

M. Mahmood a déclaré que la technologie promettait de réduire considérablement le coût des électrolyseurs – suffisamment pour atteindre l’objectif du gouvernement australien en matière de production d’hydrogène vert, à savoir 2 $/kilogramme, afin de le rendre compétitif par rapport à l’hydrogène produit à partir de combustibles fossiles.

Les chercheurs du RMIT travaillent avec des partenaires industriels pour développer certains aspects de cette technologie.

La prochaine étape de la recherche est le développement d’un prototype d’électrolyseur qui combine une série de catalyseurs pour produire de grandes quantités d’hydrogène.

Auteure : Sarah Gates

L’article intitulé « Nitrogen-doped Porous Nickel Molybdenum Phosphide Sheets for Efficient Seawater Splitting« , coécrit par Suraj Loomba, Muhammad Waqas Khan, Muhammad Haris, Seyed Mahdi Mousavi, Nasir Mahmood, et al, est publié dans Small.

*Source: https://www.iea.org/fuels-and-technologies/hydrogen

Crédit illustration / Pixabay