Nous avons besoin de matériaux durables pour produire de l’hydrogène vert

Alvaro Gallo Cordova, Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y María del Puerto Morales Herrero, Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC)

Alors que nous nous dirigeons vers une décarbonation globale, l’hydrogène vert est apparu comme un vecteur énergétique prometteur (système de stockage d’énergie chimique) pour réduire les émissions.

Produite à partir de différentes sources d’énergie renouvelables et sans émissions directes, elle a attiré l’attention des gouvernements et des industries qui cherchent à réduire leur empreinte carbone.

Qu’est-ce que l’hydrogène vert ?

Ce nom est donné à l’hydrogène gazeux produit à partir de sources d’énergie renouvelables, principalement par le processus d’électrolyse de l’eau. Ce processus consiste à diviser les molécules d’eau (H₂O) en hydrogène (H₂) et en oxygène (O₂) en utilisant de l’électricité produite à partir de sources renouvelables. De cette manière, elle ne produit pas d’émissions de carbone lors de sa production.

L’électricité nécessaire au processus d’électrolyse doit provenir de sources garantissant l’absence d’émissions de carbone. L’énergie éolienne, solaire et hydroélectrique sont les options les plus courantes. En outre, des entreprises telles que Water2Kw proposent des technologies brevetées comme H2umidity, un système de production d’hydrogène vert modulaire et évolutif qui utilise l’hydrogène généré pour produire de l’électricité via une pile à combustible afin d’alimenter le système lui-même.

Dans la phase d’électrolyse, l’eau pénètre dans un dispositif appelé électrolyseur, qui contient deux électrodes. L’électricité appliquée sépare les molécules d’eau en leurs deux composants : l’hydrogène à la cathode et l’oxygène à l’anode.

Il existe plusieurs types d’électrolyseurs, tels que l’électrolyseur alcalin, l’électrolyseur à oxyde solide, la membrane échangeuse d’anions (MEA) et la membrane à électrolyte polymère (MEP), cette dernière étant utilisée dans la technologie H2umidity.

Au moment du stockage, l’hydrogène obtenu est collecté et stocké ou directement transporté pour une utilisation immédiate. Il peut être comprimé dans des réservoirs pendant une longue période, ce qui témoigne de sa capacité en tant que système de stockage de grands volumes d’énergie. L’oxygène produit est normalement rejeté dans l’atmosphère ou utilisé pour d’autres applications, notamment dans le domaine médical.

Pour produire de l’électricité, nous avons besoin d’une pile à combustible, dans laquelle l’hydrogène, au contact d’un catalyseur à l’anode, est scindé en protons et en électrons. Les électrons circulent dans un circuit externe pour créer de l’électricité, tandis que les protons traversent une membrane jusqu’à la cathode, où ils se combinent à l’oxygène pour former de l’eau, le seul sous-produit.

Défis liés aux matériaux utilisés

Les électrolyseurs utilisent actuellement des éléments tels que le platine et l’iridium. Classés parmi les métaux précieux, leur extraction et leur transport ont un impact considérable sur l’environnement, à la fois en raison de la rareté de leurs réserves et parce qu’ils ne se trouvent qu’en quelques endroits de la planète.

En outre, leur extraction peut entraîner la dégradation des sols, la pollution de l’eau et divers impacts sur la biodiversité.

Pour relever ce défi, de nouveaux efforts se concentrent sur les matériaux alternatifs qui ne dépendent pas des métaux précieux. Les scientifiques et les entreprises technologiques explorent des catalyseurs peu coûteux et faciles à produire, tels que des dérivés du carbone ou des matériaux synthétiques issus de processus écologiques.

Ces dernières années, les matériaux magnétiques sont apparus comme une alternative : en plus d’être applicables comme encres dans les électrodes des électrolyseurs, leurs propriétés magnétiques peuvent apporter des avantages significatifs en termes d’efficacité.

Dans le même ordre d’idées, le projet H2umidity-PLUS propose de diversifier les matériaux qui composent l’électrolyseur vers des matériaux plus verts. Financé par l’Institut pour la diversification et l’économie d’énergie (IDAE) et dirigé par Water2kW, il associe l’Institut de science des matériaux de Madrid (ICMM-CSIC), l’Institut de science et technologie du carbone (INCAR-CSIC), l’Université polytechnique de Madrid et l’entreprise Graphenea.

Le problème de l’eau

Un autre défi important dans la production d’hydrogène vert réside dans la consommation d’eau, la matière première du processus d’électrolyse. Pour produire une tonne d’hydrogène vert, il faut environ neuf tonnes d’eau pure.

Dans un monde où la pénurie d’eau est une préoccupation croissante, un dilemme se pose pour l’expansion de cette technologie.

En réponse à cela, certaines alternatives se concentrent sur l’utilisation de l’eau de mer ou des eaux usées domestiques et industrielles pour alimenter les électrolyseurs. Une approche intéressante est celle de Water2Kw : sa technologie H2umidity permet de générer de l’eau à partir de l’humidité ambiante.

Ces alternatives peuvent contribuer à réduire la concurrence entre l’approvisionnement en eau potable de la population et la consommation d’eau pour la production d’hydrogène.

L’avenir de l’hydrogène vert

Pour que ce gaz devienne une option économiquement viable et fortement utilisée avec un impact environnemental minimal, il est nécessaire d’inclure des matériaux plus durables et d’optimiser les sources d’eau.

En outre, les politiques de soutien, telles que les incitations fiscales et les investissements dans les infrastructures et la recherche, joueront un rôle crucial dans l’adoption massive de cette technologie.

Alors que nous nous dirigeons vers un avenir décarboné, l’hydrogène vert apparaît comme une solution puissante et polyvalente capable de transformer l’industrie, les transports et la production d’électricité, avec le soutien d’autres sources renouvelables.

Alvaro Gallo Cordova, Investigador postdoctoral. Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid., Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y María del Puerto Morales Herrero, Profesora de investigación en el área de ciencia de materiales, Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC)

Cet article a été publié à l’origine dans The Conversation. L’article original. Traduction Enerzine.com