La recherche de solutions énergétiques durables se heurte à des obstacles techniques et économiques. Une avancée significative a été réalisée par une équipe de chercheurs de l’Université POSTECH, qui propose une méthode novatrice pour la production d’hydrogène propre. Leur travail, publié dans une revue prestigieuse, pourrait changer radicalement notre approche de l’énergie renouvelable.
Une équipe interdisciplinaire de l’Université POSTECH, sous la direction du professeur Gunsu S. Yun, du candidat au doctorat Jaemin Yoo (Département de Physique, Division de l’Ingénierie Nucléaire Avancée), du professeur Hyungyu Jin et du candidat au doctorat Dongkyu Lee (Département de Génie Mécanique), a développé une technologie qui répond aux limitations principales de la production d’hydrogène propre à l’aide des micro-ondes. Ils ont également réussi à élucider le mécanisme sous-jacent de ce processus innovant.
Les défis de la production d’hydrogène
En raison du passage graduel des combustibles fossiles vers des sources d’énergie plus propres, l’hydrogène propre est devenu un candidat de premier plan pour l’énergie de prochaine génération grâce à ses émissions nulles de carbone. Cependant, les technologies actuelles de production d’hydrogène font face à des barrières significatives. Les méthodes thermochimiques conventionnelles, qui dépendent de l’oxydation-réduction des oxydes métalliques, nécessitent des températures extrêmement élevées, atteignant jusqu’à 1,500°C. Ces méthodes sont non seulement énergivores et coûteuses mais aussi difficiles à mettre à l’échelle, limitant ainsi leur application pratique.
Pour surmonter ces défis, l’équipe de POSTECH s’est tournée vers une source d’énergie familière mais sous-exploitée : les micro-ondes. Bien que généralement associées au chauffage des aliments, les micro-ondes peuvent également entraîner des réactions chimiques de manière efficace. Les chercheurs ont démontré que l’énergie des micro-ondes pouvait réduire la température de réduction de la céria dopée au Gd (CeO2) — un matériau de référence pour la production d’hydrogène — à moins de 600°C, diminuant ainsi les exigences thermiques de plus de 60%. De manière remarquable, l’énergie des micro-ondes a remplacé 75 pour cent de l’énergie thermique nécessaire pour la réaction, constituant une percée pour la production durable d’hydrogène.
Une création rapide de défauts dans les matériaux
Une autre avancée notable repose sur la création de «vacances d’oxygène», qui sont des défauts dans la structure du matériau essentiels pour la dissociation de l’eau en hydrogène. Les méthodes traditionnelles nécessitent souvent des heures à des températures extrêmement élevées pour former ces vacances. L’équipe de POSTECH a obtenu les mêmes résultats en quelques minutes à des températures inférieures à 600°C en utilisant la technologie des micro-ondes. Ce processus rapide a été validé par un modèle thermodynamique, qui a fourni des perspectives précieuses sur le mécanisme de la réaction alimentée par les micro-ondes.
Le professeur Hyungyu Jin a précisé : « Cette recherche a le potentiel de révolutionner la viabilité commerciale des technologies de production d’hydrogène thermochimique. » Il a ajouté : « Elle ouvrira également la voie au développement de nouveaux matériaux optimisés pour les processus chimiques alimentés par micro-ondes. »
Le professeur Gunsu Yun a également commenté : « L’introduction d’un nouveau mécanisme alimenté par des micro-ondes et la surmontée des limitations des processus existants sont des accomplissements majeurs, rendus possibles grâce à la collaboration interdisciplinaire étroite de notre équipe de recherche. »
Légende illustration : Leurs découvertes se trouvent publiées en tant que couverture avant intérieure du « Journal of Materials Chemistry A »
Article : ‘Thermodynamic assessment of Gd-doped CeO2 for microwave-assisted thermochemical reduction’ / ( 10.1039/D4TA05804F ) – Pohang University of Science & Technology (POSTECH) – Publication dans la revue Journal of Materials Chemistry
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