Innovation énergétique : l’hydrogène extrait de l’ammoniac à basse température 

L’hydrogène vert, produit à partir de sources renouvelables, suscite un intérêt croissant dans la communauté scientifique et industrielle. Des chercheurs japonais ont mis au point une méthode novatrice d’extraction efficace de l’hydrogène à partir de l’ammoniac à basse température, élargissant les possibilités d’utilisation à grande échelle de ce vecteur énergétique.

L’hydrogène, élément le plus abondant de l’univers, se trouve principalement sous forme liée dans des composés chimiques.

Parmi les différents vecteurs d’hydrogène, l’ammoniac se distingue par plusieurs atouts :

– Sa disponibilité importante
– Sa teneur en hydrogène élevée (17,6% de sa masse)
– Ses propriétés facilitant la liquéfaction et le transport

L’exploitation de l’ammoniac comme source d’hydrogène vert à la demande reste cependant limitée par la nécessité de températures extrêmement élevées (>773K) pour sa décomposition. La production d’hydrogène pour les piles à combustible et les moteurs à combustion interne nécessite des taux de conversion élevés de l’ammoniac à basse température.

Une approche novatrice pour la conversion de l’ammoniac

Le professeur Yasushi Sekine de l’Université Waseda, en collaboration avec son équipe et Yanmar Holdings, a présenté un nouveau procédé compact capable de fonctionner à basse température. Leur étude démontre une conversion ammoniac-hydrogène à haut rendement à des températures remarquablement basses.

Le professeur Sekine a expliqué : « Nous avons cherché à développer un procédé permettant d’exploiter la capacité de l’ammoniac à générer de l’hydrogène à la demande.« 

Un système catalytique thermique innovant pour la décomposition de l’ammoniac à basse température a été conçu par l’équipe. Ce système est assisté par un catalyseur Ru/CeO2 facilement productible et un champ électrique continu. Les résultats obtenus sont impressionnants :

– L’ammoniac est décomposé efficacement en dessous de 473 K
– Un taux de conversion de 100% est atteint à 398 K avec un temps de contact suffisant
– Le taux de conversion à l’équilibre est dépassé

Le champ électrique : un élément clé du processus

L’application d’un champ électrique continu joue un rôle crucial dans l’amélioration du processus de conversion. Les observations suivantes ont été faites par les chercheurs :

– La protonique de surface – le saut de protons sur la surface du catalyseur – est favorisée par le champ électrique
– Les énergies d’activation apparentes de la réaction de conversion de l’ammoniac sont réduites
– En l’absence de champ électrique, la désorption de l’azote est considérablement ralentie, entraînant l’arrêt de la réaction après un certain temps

L’importance de la protonique de surface dans l’amélioration du taux de conversion de l’ammoniac a été confirmée par des calculs expérimentaux et de théorie fonctionnelle de la densité.

L’avenir de l’hydrogène vert

Cette nouvelle stratégie démontre que l’hydrogène vert peut être produit à partir d’ammoniac à basse température avec un rendement proche de 100% et des taux de réaction élevés. Le professeur Sekine conclut : « Nous pensons que notre méthode proposée peut accélérer l’adoption généralisée de carburants alternatifs propres en facilitant plus que jamais la synthèse à la demande d’hydrogène sans CO2.« 

Les implications de cette avancée sont considérables pour l’industrie de l’énergie propre. La production efficace d’hydrogène à partir d’ammoniac à basse température pourrait transformer le paysage énergétique, offrant une solution viable pour le stockage et le transport de l’énergie renouvelable à grande échelle.

Légende illustration : Les scientifiques ont mis au point une nouvelle technique pour la production d’hydrogène vert à partir d’ammoniac en utilisant un catalyseur Ru/CeO2 et un champ électrique continu à des températures plus basses. Cette méthode permet d’abaisser l’énergie d’activation grâce à la protonique de surface. Crédit : Yasushi Sekine from Waseda University, Japan

Article : « Hydrogen production by NH3 decomposition at low temperatures assisted by surface protonics » – DOI : 10.1039/d4sc04790g