L’hydrogène vert, une alternative durable aux combustibles fossiles, pourrait être produit de manière plus efficace et économique grâce à des particules de ruthénium et à un système d’électrolyse de l’eau alimenté par l’énergie solaire. Cette solution a été identifiée par une équipe de chercheurs italiens.
La technologie, développée dans le cadre des activités du Joint-lab repose sur une nouvelle famille d’électrocatalyseurs qui pourrait réduire les coûts de production de l’hydrogène vert à l’échelle industrielle.
L’hydrogène est considéré comme un vecteur d’énergie durable, alternative aux combustibles fossiles. Tous les hydrogènes ne sont pas égaux en termes d’impact environnemental. En effet, la principale méthode de production d’hydrogène aujourd’hui est le reformage du méthane à la vapeur, un processus basé sur les combustibles fossiles qui libère du dioxyde de carbone (CO2) comme sous-produit.
Une méthode plus efficace pour la production d’hydrogène
Les chercheurs de l’équipe conjointe ont développé une nouvelle méthode qui garantit une plus grande efficacité que les méthodes actuellement connues pour la conversion de l’énergie électrique (l’énergie utilisée pour diviser les molécules d’eau) en l’énergie chimique stockée dans les molécules d’hydrogène produites.
L’équipe a développé un concept de catalyseur et a utilisé des sources d’énergie renouvelables, comme l’énergie électrique produite par un panneau solaire.
« Dans notre étude, nous avons montré comment il est possible de maximiser l’efficacité d’une technologie robuste et bien développée, malgré un investissement initial légèrement supérieur à ce qui serait nécessaire pour un électrolyseur standard. C’est parce que nous utilisons un métal précieux comme le ruthénium », ont commenté Yong Zuo et Michele Ferri du groupe de Nanochimie de l’IIT à Gênes.
L’utilisation de particules de ruthénium
Les chercheurs ont utilisé des nanoparticules de ruthénium, un métal noble qui est similaire au platine dans son comportement chimique mais beaucoup moins cher. Les nanoparticules de ruthénium servent de phase active de la cathode de l’électrolyseur, ce qui conduit à une augmentation de l’efficacité de l’électrolyseur dans son ensemble.
« Nous avons effectué des analyses et des tests électrochimiques dans des conditions industriellement significatives qui nous ont permis d’évaluer l’activité catalytique de nos matériaux. De plus, des simulations théoriques nous ont permis de comprendre le comportement catalytique des nanoparticules de ruthénium au niveau moléculaire ; en d’autres termes, le mécanisme de division de l’eau sur leurs surfaces », ont expliqué Sebastiano Bellani et Marilena Zappia de BeDimensional, qui ont participé à la découverte.
En synthèse
En utilisant le ruthénium, les chercheurs de l’IIT et de BeDimensional ont amélioré l’efficacité des électrolyseurs alcalins, une technologie utilisée depuis des décennies en raison de sa robustesse et de sa durabilité.
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Par exemple, cette technologie était à bord de la capsule Apollo 11 qui a amené l’humanité sur la lune en 1969. La nouvelle famille de cathodes à base de ruthénium pour les électrolyseurs alcalins qui a été développée est très efficace et a une longue durée de vie, ce qui permet de réduire les coûts de production de l’hydrogène vert.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que l’hydrogène vert ?
L’hydrogène vert est un type d’hydrogène produit par électrolyse de l’eau alimentée par des sources d’énergie renouvelables, ce qui signifie qu’il n’émet pas de CO2.
Qu’est-ce que le ruthénium ?
Le ruthénium est un métal précieux qui est similaire au platine dans son comportement chimique mais beaucoup moins cher. Il est utilisé comme catalyseur dans le processus d’électrolyse de l’eau.
Qu’est-ce qu’un électrolyseur ?
Un électrolyseur est un dispositif qui utilise l’électricité pour décomposer l’eau en hydrogène et en oxygène.
Qu’est-ce que l’électrolyse de l’eau ?
L’électrolyse de l’eau est un processus qui utilise l’électricité pour décomposer l’eau en hydrogène et en oxygène.
Qu’est-ce que l’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) ?
L’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) est un institut de recherche italien qui se concentre sur la recherche scientifique et technologique.
Références
Légende illustration principale : Les chercheurs de l’IIT et de BeDimensional ont utilisé des nanoparticules de ruthénium, un métal noble dont le comportement chimique est similaire à celui du platine mais qui est beaucoup moins cher, pour servir de phase active à la cathode de l’électrolyseur, ce qui a permis d’accroître l’efficacité de l’ensemble de l’électrolyseur. Crédit : IIT-Istituto Italiano di Tecnologia
2. « Ruthenium-based electrocatalysts for green hydrogen production », Journal of the American Chemical Society, 2023.
3. Istituto Italiano di Tecnologia (IIT), Site officiel de l’IIT.
4. BeDimensional S.p.A. », Site officiel de BeDimensional.
