Il y a plus de 100 ans, les scientifiques ont découvert comment transformer l’eau en gaz d’hydrogène, une énergie verte très convoitée surnommée « le carburant du futur ».
Malgré cette avancée, l’hydrogène ne s’est pas imposé comme source d’énergie dominante. La décomposition de l’eau en hydrogène peut être inefficace et coûteuse, et le processus de transformation, appelé électrolyse, demeure imparfait.
Des ingénieurs de l’Université du Texas à El Paso ont proposé un matériau à base de nickel, peu coûteux, pour aider à décomposer l’eau de manière plus économique et efficace. Leur inspiration ? Un succulent du désert connu sous le nom de cactus figuier de Barbarie. Le matériau est décrit dans un nouvel article publié dans la revue ACS Applied Materials & Interfaces.
« C’est une conception inspirée de la nature dans le laboratoire« , a déclaré le professeur de génie mécanique de l’UTEP, Ramana Chintalapalle, Ph.D., qui a dirigé l’étude. « Vous avez cette plante avec une surface étendue qui peut absorber l’humidité et survivre dans des environnements extrêmes. Nous nous sommes demandés, ‘Comment pouvons-nous intégrer cela dans nos recherches?‘ »
Le problème de l’hydrogène
L’électrolyse est le processus de séparation de l’eau avec de l’électricité et un électrocatalyseur – un matériau qui accélère toute réaction chimique. Les techniques actuelles de séparation de l’eau reposent fortement sur le platine comme catalyseur, ce qui présente des inconvénients.
« Le platine est le matériau dominant utilisé pour aider à décomposer l’eau, mais il est très coûteux – plus coûteux que l’or – et il n’est tout simplement pas réalisable de l’utiliser à grande échelle en raison de son prix« , a expliqué R. Chintalapalle. Nous avons besoin d’un catalyseur plus économiquement viable pour que chaque pays puisse adopter raisonnablement l’hydrogène. »
Une solution épineuse
Navid Attarzadeh a d’abord remarqué le cactus figuier de Barbarie en se rendant au laboratoire du Centre de recherche sur les matériaux avancés de l’UTEP. L’équipe explorait le nickel comme remplacement catalytique du platine, un métal abondant sur Terre et 1 000 fois moins cher que le platine.
Cependant, le nickel n’est pas aussi rapide et efficace pour décomposer l’eau en hydrogène.
« Chaque jour, je passais devant cette même plante« , a déclaré N. Attarzadeh, étudiant en doctorat en sciences et génie de l’environnement. « Et j’ai commencé à la relier à notre problème de catalyseur. Ce qui a attiré mon attention, c’est la taille des feuilles et des fruits par rapport aux autres plantes du désert ; le figuier de Barbarie a une surface extraordinaire. »
C’est alors que Navid Attarzadeh a eu une idée.
Et si ils concevaient un catalyseur à base de nickel en 3D, à la forme du cactus figuier de Barbarie ? La plus grande surface pourrait accueillir davantage de réactions électrochimiques, créant ainsi plus d’hydrogène que le nickel ne le peut généralement.
L’équipe a rapidement conçu la structure nanométrique – invisible à l’œil humain – et l’a mise à l’épreuve.
« Nous avons testé la capacité du catalyseur à décomposer l’eau de manière répétée et avons obtenu de bons résultats« , a déclaré R. Chintalapalle.
Il a ajouté qu’il s’agit d’une découverte fondamentale et que le processus doit être encore affiné, mais c’est un pas dans la bonne direction.
« Le gaz d’hydrogène peut transformer la technologie énergétique de notre pays, sans générer d’émissions de gaz à effet de serre« , a déclaré R. Chintalapalle. « Notre empreinte carbone pourrait être éliminée ; nous devons continuer à poursuivre cette voie.«
Le développement de cette nouvelle approche pourrait révolutionner l’utilisation de l’hydrogène en tant que source d’énergie propre, durable et accessible. Les chercheurs de l’UTEP espèrent que leur découverte inspirera d’autres scientifiques et ingénieurs à explorer des solutions innovantes et respectueuses de l’environnement pour résoudre les défis énergétiques auxquels notre planète est confrontée.
* Le projet de recherche a bénéficié d’une subvention de la National Science Foundation.
À propos de l’université du Texas à El Paso
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