Moteurs à hydrogène : 5 fois moins d’émissions grâce à une nouvelle technologie

Les moteurs à combustion interne fonctionnant à l’hydrogène suscitent un intérêt grandissant. Bien que ces moteurs offrent une alternative puissante et sans émission de carbone aux moteurs diesel traditionnels, ils ne sont pas totalement exempts de pollution. L’émission d’oxydes d’azote lors du processus de combustion à haute température reste un défi majeur. Ces composés, en réagissant avec d’autres éléments atmosphériques, forment de l’ozone et des particules fines nocives pour la santé respiratoire. Face à cette problématique, des chercheurs américains ont développé une méthode innovante pour réduire significativement cette pollution. Leur approche novatrice pourrait marquer un tournant dans le développement de moteurs à hydrogène plus propres et plus efficaces.

Les scientifiques de l’Université de Californie à Riverside (UCR) ont mis au point une technique peu coûteuse pour améliorer considérablement l’efficacité des pots catalytiques des moteurs à hydrogène. Cette découverte, publiée dans la revue Nature Communications, représente une étape importante vers des transports plus propres et plus durables.

L’innovation repose sur l’utilisation de zéolites Y, un matériau hautement poreux, en combinaison avec du platine dans les convertisseurs catalytiques. Cette association permet d’amplifier les réactions entre les oxydes d’azote et l’hydrogène, les transformant en substances inoffensives : l’azote gazeux et la vapeur d’eau.

Des résultats encourageants

Les tests effectués ont révélé des améliorations spectaculaires. À une température moteur de 250°C, la quantité d’oxydes d’azote convertie en substances inoffensives a été multipliée par quatre à cinq, comparativement à un pot catalytique standard. «Le système s’est montré particulièrement efficace à basses températures, un aspect crucial pour réduire la pollution lors du démarrage des moteurs, lorsqu’ils sont encore relativement froids», a expliqué le professeur associé Fudong Liu, auteur correspondant de l’étude.

Cette technologie présente également un potentiel intéressant pour les moteurs diesel équipés de systèmes d’injection d’hydrogène. Son application pourrait être étendue aux systèmes de réduction catalytique sélective utilisés dans les camions poids lourds.

Le rôle essentiel des zéolites

Les zéolites, matériaux peu onéreux, se caractérisent par une structure cristalline bien définie, composée principalement d’atomes de silicium, d’aluminium et d’oxygène. Leur grande surface spécifique et leur structure tridimensionnelle en forme de cage, avec des pores et des canaux uniformes, permettent une décomposition plus efficace des polluants.

Le mélange physique du platine avec la zéolite Y – un type synthétique de la famille des zéolites – a permis de créer un système capable de capturer efficacement l’eau générée lors du processus de combustion de l’hydrogène. Cet environnement riche en eau favorise l’activation de l’hydrogène, élément clé pour améliorer l’efficacité de la réduction de l’azote.

Une approche simple et universelle

«La zéolite elle-même n’est pas un catalyseur. Elle améliore l’efficacité du catalyseur au platine en créant un environnement riche en eau», a précisé Shaohua Xie, chercheur à l’UCR et auteur principal de l’étude. Cette conception a été validée par des modélisations théoriques réalisées par Liping Liu, doctorant, et Hongliang Xin, professeur associé à Virginia Tech.

«Ce concept peut également s’appliquer à d’autres types de zéolites. Il s’agit d’une stratégie universelle», a ajouté Xie, soulignant l’universalité de l’approche.

«Nous n’avons pas besoin d’utiliser des processus chimiques ou physiques compliqués. Nous mélangeons simplement les deux matériaux – platine et zéolite – ensemble, nous effectuons la réaction, et nous constatons ensuite l’amélioration de l’activité et de la sélectivité», a souligné le professeur Liu, mettant en avant la simplicité de cette méthode de réduction de la pollution.

Cette découverte ouvre de nouvelles possibilités pour le développement de moteurs à hydrogène plus propres et plus efficaces, contribuant ainsi à la lutte contre le changement climatique et à l’amélioration de la qualité de l’air.

Légende illustration : Voiture à hydrogène

Article : ‘Zeolite-promoted platinum catalyst for efficient reduction of nitrogen oxides with hydrogen’ / ( 10.1038/s41467-024-52382-7 ) – University of California – Riverside – Publication dans la revue Nature Communications