La Corée innove avec un catalyseur composite pour l’hydrogène sans émission carbone

L’équipe de recherche du Dr Woohyun Kim du département de recherche sur l’hydrogène de l’Institut coréen de recherche sur l’énergie (KIER) a réussi à mettre au point un catalyseur composite nickel-cobalt innovant qui peut accélérer la production et la commercialisation de l’hydrogène turquoise.

L’hydrogène turquoise constitue une technologie qui produit de l’hydrogène et du carbone en décomposant des hydrocarbures tels que le méthane (CH₄) (CH₄ → C + 2H₂). Contrairement à l’hydrogène gris, la technologie de production d’hydrogène la plus utilisée, l’hydrogène turquoise ne génère aucune émission de dioxyde de carbone au cours du processus de production.

En 2021, le gouvernement coréen a annoncé le « premier plan de mise en œuvre de l’économie de l’hydrogène », visant à fournir 28 millions de tonnes d’hydrogène propre au niveau national d’ici 2050. En conséquence, la recherche récente sur l’hydrogène s’est activement concentrée sur les méthodes de production susceptibles de réduire les émissions de gaz à effet de serre.

L’hydrogène turquoise, un type d’hydrogène propre, est une technologie qui produit de l’hydrogène et du carbone solide par décomposition thermique du méthane (CH₄), le principal composant du gaz naturel. Bien qu’il utilise des combustibles fossiles comme source, il n’émet pas de dioxyde de carbone pendant le processus de production. Par conséquent, il n’est pas nécessaire de capturer et de stocker le dioxyde de carbone, ce qui permet de produire de l’hydrogène propre.

Toutefois, la commercialisation de la technologie de l’hydrogène turquoise a été retardée en raison des difficultés à fournir la chaleur nécessaire à la réaction. La production catalytique d’hydrogène turquoise utilise généralement des catalyseurs à base de nickel et de fer, qui présentent une faible activité à des températures plus basses, ce qui nécessite le maintien de températures élevées autour de 900 °C pour une production stable. En outre, le manque d’applications viables pour le carbone produit en même temps que l’hydrogène au cours de la réaction reste un problème qui doit être résolu.

L’équipe de recherche a réussi à mettre au point un catalyseur innovant en ajoutant du cobalt à un catalyseur à base de nickel afin de surmonter les limites des catalyseurs existants. Comparé aux catalyseurs précédemment étudiés, le nouveau catalyseur permet de produire de l’hydrogène avec une plus grande efficacité à des températures nettement plus basses.

Le cobalt joue un rôle clé dans l’amélioration de l’activité électrique et de la durabilité lorsqu’il est utilisé comme catalyseur dans la production de matériaux à base de carbone. S’appuyant sur cette propriété, l’équipe de recherche a ajouté du cobalt à un catalyseur à base de nickel et a mené des expériences pour optimiser sa composition et assurer sa reproductibilité. Ils ont ainsi découvert qu’une composition contenant 8 % de nickel et 2 % de cobalt permettait d’obtenir la plus grande efficacité de production d’hydrogène.

Le catalyseur développé a démontré une productivité d’hydrogène supérieure de plus de 50 % par rapport aux catalyseurs développés précédemment, sur la base de l’activité initiale mesurée dans les 30 premières minutes, même à une basse température de 600°C. En outre, alors que l’activité initiale des catalyseurs existants est maintenue pendant environ 90 minutes, le nouveau catalyseur prolonge cette durée de 60 %, en maintenant son activité initiale* pendant environ 150 minutes.

L’équipe a également observé la formation de nanotubes de carbone à la surface du catalyseur après la réaction. Les nanotubes de carbone sont largement utilisés comme matériaux d’électrode pour les batteries secondaires et comme matériaux de construction, entre autres applications. Cette découverte met en évidence le potentiel de production de matériaux carbonés à haute valeur ajoutée parallèlement à la production d’hydrogène.

« Cette recherche a abouti à un résultat révolutionnaire en permettant la production simultanée d’hydrogène et de nanotubes de carbone, ce qui permet d’atteindre la productivité et l’efficacité économique ». Il a ajouté : « Nous prévoyons de poursuivre la recherche sur la technologie de production de masse en utilisant le catalyseur développé, d’effectuer des évaluations de performance et de sécuriser la technologie des matériaux de base et les capacités de conception du système de réaction » a indiqué Woohyun Kim, responsable de la recherche.

Cette recherche a été menée avec le soutien du programme de recherche de l’Institut coréen de recherche sur l’énergie et a été publiée dans le numéro de novembre 2024 de « Fuel Processing Technology (Impact Factor : 7.2) », une revue de renommée mondiale dans le domaine de l’ingénierie chimique.

*Activité initiale : Fait référence à l’état actif observé immédiatement après le début d’une réaction catalytique et sert d’indicateur principal dans l’évaluation de la performance des candidats catalyseurs. Un catalyseur est considéré comme supérieur s’il présente une activité initiale élevée et un maintien prolongé de cette activité.

** Hydrogène propre : hydrogène qui contribue à la neutralité carbone en maintenant les émissions de gaz à effet de serre en dessous d’un certain seuil pendant la production. En République de Corée, l’hydrogène est considéré comme propre si les émissions totales de gaz à effet de serre lors de la production d’un kilogramme d’hydrogène sont inférieures ou égales à 4 kilogrammes.

Source: KIER – Traduction Enerzine.com