Les chercheurs d’Umeå améliorent la production d’hydrogène

Des chercheurs de l’Université d’Umeå en Suède ont réalisé une avancée majeure qui pourrait rendre l’hydrogène – un carburant propre, sans CO2 – plus abordable. L’équipe a mis au point une nouvelle méthode qui améliore la production d’hydrogène à partir d’eau et d’électricité, un processus crucial pour une transition vers une société plus durable.

Cette avancée importante est le fruit d’une étude dirigée par Eduardo Gracia, chercheur au Département de physique de l’Université d’Umeå.

Le gaz d’hydrogène est une excellente source d’énergie qui peut remplacer les combustibles fossiles. Il est produit par un processus appelé électrolyse de l’eau*, où l’eau est décomposée en hydrogène et en oxygène. Ce processus nécessite un électrocatalyseur* pour faciliter la réaction, et à l’heure actuelle, la technologie la plus efficace pour un tel processus est l’électrolyse de l’eau à membrane d’échange de protons* (PEM).

Toutefois, la production d’hydrogène par électrolyse de l’eau PEM a un problème significatif – elle nécessite l’utilisation de métaux nobles tels que le platine, le ruthénium et l’iridium. Bien que ces métaux soient efficaces, ils sont non seulement coûteux et en quantité limitée, mais le ruthénium et l’iridium ont également tendance à se dégrader avec le temps.

« La dégradation des métaux nobles, un phénomène connu sous le nom de ‘dissolution des métaux’, réduit l’efficacité de la production d’hydrogène. C’est un problème qui doit être résolu pour que nous puissions pleinement tirer parti de la technologie PEM », déclare le professeur associé Eduardo Gracia.

Ainsi, si l’on s’attend à ce que la technologie PEM mène la transition vers une société durable, il faut d’abord s’attaquer à la forte dégradation des électrocatalyseurs. Comment ? En piégeant le métal actif mais coûteux dans une structure d’appui stable mais inactive.

C’est là qu’intervient la percée de l’équipe d’Umeå. Les chercheurs, dirigés par Eduardo Gracia, ont développé une nouvelle structure d’appui – une sorte de structure de soutien – capable de maintenir les métaux nobles stables même dans des conditions difficiles.

Cette structure est faite d’un mélange d’oxydes d’étain, d’antimoine, de molybdène et de tungstène (Sn-Sb-Mo-W), qui s’est avéré suffisamment solide pour protéger non seulement les métaux nobles, mais aussi les autres composants du système contre la dégradation pendant le processus.

En permettant aux métaux nobles de durer plus longtemps, les résultats de l’équipe peuvent rendre la technologie PEM plus abordable et efficace pour la production d’hydrogène renouvelable à grande échelle. Cela représente une étape clé pour faire de notre transition vers une société plus durable une réalité.

Explication des termes

* Électrolyse de l’eau : C’est un processus chimique dans lequel l’eau est décomposée en ses composants, c’est-à-dire en hydrogène (H2) et en oxygène (O2), à l’aide d’un courant électrique. L’électrolyse de l’eau se produit dans une cellule électrolytique composée de deux électrodes (une anode et une cathode) plongées dans de l’eau contenant un électrolyte. Ainsi, à la fin du processus, on obtient de l’oxygène gazeux à l’anode et de l’hydrogène gazeux à la cathode. Ces gaz peuvent être collectés et utilisés à diverses fins. Par exemple, l’hydrogène peut être utilisé comme source d’énergie propre dans les piles à combustible, tandis que l’oxygène peut être utilisé dans l’industrie chimique ou médicale.

* Électrocatalyseur : C’est un matériau qui accélère une réaction chimique spécifique à une électrode lorsqu’une tension électrique est appliquée. Il facilite le transfert d’électrons entre l’électrode et les espèces chimiques présentes dans la solution. L’électrocatalyseur joue un rôle clé dans les réactions électrochimiques, telles que l’électrolyse de l’eau, la réduction de l’oxygène ou l’oxydation du carbone.

* PEM : C’est une membrane polymère électrolytique utilisée dans les piles à combustible. Cette membrane permet le transport des ions nécessaires à la réaction chimique qui génère de l’électricité dans la pile à combustible. Les PEM sont largement utilisés dans les véhicules électriques et d’autres applications nécessitant une source d’énergie propre et efficace.

* Les résultats de l’étude ont été récemment publiés dans la revue Communications Engineering.

Légende illustration : The researchers produce hydrogen in the lab with a PEM electrolyser. Credit: Eduardo Gracia

À propos de l’article scientifique
Piñeiro-García, A., Wu, X., Rafei, M. et al. A Quaternary mixed oxide protective scaffold for ruthenium during oxygen evolution reaction in acidic media. Commun Eng 2, 28 (2023). https://doi.org/10.1038/s44172-023-00080-5