Dans une quête incessante pour une énergie plus propre et plus durable, une équipe de chercheurs de l’Institut Italien de Technologie (IIT) a fait une découverte majeure. Ils ont déchiffré le fonctionnement d’un catalyseur afin de faciliter la production d’hydrogène à partir d’ammoniac, en utilisant l’intelligence artificielle et le superordinateur Franklin de l’IIT.
L’hydrogène est un gaz qui suscite un grand espoir dans la communauté scientifique pour lutter contre le changement climatique. Son utilisation pourrait réduire l’usage des combustibles fossiles et les émissions conséquentes de dioxyde de carbone (CO2). Cependant, l’hydrogène présente des inconvénients majeurs liés à sa distribution et à son stockage, rendant difficile son utilisation à l’échelle industrielle.
Une solution à ce problème serait de transporter l’hydrogène sous forme d’ammoniac, une substance pour laquelle existent déjà des technologies très efficaces pour sa manipulation et son transport. L’ammoniac serait ensuite reconverti en hydrogène au moment du besoin par une réaction chimique qui, pour être efficace, nécessite des températures très élevées pouvant dépasser 600°C. Cette condition nécessite beaucoup d’énergie, augmentant l’impact économique et environnemental.
Le rôle crucial des catalyseurs
Dans ce contexte, l’utilisation de catalyseurs est nécessaire. Ce sont des substances chimiques qui permettent la décomposition de l’ammoniac plus rapidement et à des températures inférieures, tout en maintenant un rendement élevé en hydrogène.
En particulier, le groupe Atomistic simulations de l’IIT a utilisé l’intelligence artificielle et le superordinateur Franklin pour étudier le mouvement des molécules pendant la réaction. De cette manière, l’équipe a découvert le mécanisme par lequel fonctionne le catalyseur lithium imide, déjà considéré efficace pour «faciliter» la conversion de l’ammoniac en hydrogène en abaissant la température requise à 480°C.
Des modèles plus précis pour une meilleure compréhension
Les anciens modèles utilisés permettaient d’étudier les réactions sur des systèmes simplifiés et sur des échelles de temps très limitées. Les nouveaux modèles développés par l’équipe de l’IIT, dont le coordinateur Michele Parrinello a été pionnier, permettent d’étudier la réaction dans des conditions plus proches de celles dans lesquelles elle se produit et sur une échelle de temps plus longue, offrant une vision beaucoup plus précise de la façon dont l’ammoniac est décomposé.
« Grâce aux modèles que nous avons développés dans notre laboratoire, nous avons réussi à extraire les principes de base de ce processus », affirment Umberto Raucci et Manyi Yang, chercheurs du groupe IIT Atomistic simulations. « Ce que nous faisons maintenant, c’est tester ces principes sur des systèmes similaires, pour voir s’ils peuvent être généralisés ».
En synthèse
« Tester les principes de base obtenus à partir de ces modèles n’est que la première étape, » commente Michele Parrinello, coordinateur du groupe IIT Atomistic simulations. « À l’avenir, ces connaissances pourraient être utilisées pour concevoir et développer de nouveaux catalyseurs afin d’augmenter l’efficacité de la production d’hydrogène à partir d’ammoniac. L’objectif final est de rendre la production d’énergie un processus de plus en plus durable. »
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que l’hydrogène et pourquoi est-il important ?
L’hydrogène est un gaz qui, lorsqu’il est utilisé comme source d’énergie, peut aider à réduire l’utilisation des combustibles fossiles et les émissions de dioxyde de carbone. Il est donc considéré comme un élément clé dans la lutte contre le changement climatique.
Quel est le rôle de l’ammoniac dans la production d’hydrogène ?
L’ammoniac peut être utilisé comme moyen de transporter l’hydrogène. Il peut être converti en hydrogène au moment du besoin par une réaction chimique.
Pourquoi les catalyseurs sont-ils nécessaires dans ce processus ?
Les catalyseurs sont des substances chimiques qui permettent la décomposition de l’ammoniac plus rapidement et à des températures inférieures, tout en maintenant un rendement élevé en hydrogène.
Qu’est-ce que le catalyseur lithium imide et comment fonctionne-t-il ?
Le catalyseur lithium imide est une substance qui facilite la conversion de l’ammoniac en hydrogène en abaissant la température requise à 480°C.
Quelle est la prochaine étape après cette découverte ?
La prochaine étape est de tester les principes de base obtenus à partir des modèles sur des systèmes similaires, pour voir s’ils peuvent être généralisés. À long terme, ces connaissances pourraient être utilisées pour concevoir et développer de nouveaux catalyseurs.
Principaux enseignements
| Enseignements |
|---|
| L’hydrogène est un gaz important pour lutter contre le changement climatique. |
| L’ammoniac peut être utilisé comme moyen de transporter l’hydrogène. |
| Les catalyseurs sont nécessaires pour la décomposition de l’ammoniac. |
| Le catalyseur lithium imide facilite la conversion de l’ammoniac en hydrogène. |
| L’équipe de l’IIT a utilisé l’intelligence artificielle et le superordinateur Franklin pour cette découverte. |
| Les nouveaux modèles permettent d’étudier la réaction dans des conditions plus proches de la réalité. |
| Les principes de base obtenus à partir des modèles seront testés sur des systèmes similaires. |
| À long terme, ces connaissances pourraient être utilisées pour concevoir de nouveaux catalyseurs. |
Références
Pour plus d’informations : Yang, M., Raucci, U. & Parrinello, M. Dynamique des surfaces d’imides de lithium induite par les réactifs pendant le processus de décomposition de l’ammoniac. Nat Catal (2023)
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