Le stockage de l’énergie renouvelable sous forme d’hydrogène pourrait bientôt devenir beaucoup plus facile grâce à un nouveau catalyseur à base d’atomes individuels de platine.
Ce catalyseur, conçu par des chercheurs de la City University Hong Kong (CityU) et testé par leurs collègues de l’Imperial College London, pourrait être économiquement produit à grande échelle.
Le professeur Anthony Kucernak, co-auteur de l’étude et membre du département de chimie de l’Imperial College, a indiqué : « La stratégie hydrogène du Royaume-Uni prévoit d’atteindre une capacité de production d’hydrogène à faible émission de carbone de 10 GW d’ici 2030. Pour faciliter cet objectif, nous devons augmenter la production de stockage d’hydrogène bon marché, facile à produire et efficace. Le nouveau catalyseur pourrait y contribuer de manière significative, aidant ainsi le Royaume-Uni à atteindre ses objectifs de neutralité carbone d’ici 2050. »
Le stockage de l’énergie renouvelable sous forme d’hydrogène
La production d’énergie renouvelable, provenant de sources telles que le vent et le soleil, est en pleine croissance. Cependant, une partie de l’énergie produite doit être stockée pour être utilisée lorsque les conditions météorologiques ne sont pas favorables à la production d’énergie éolienne ou solaire.
Une solution prometteuse consiste à stocker l’énergie sous forme d’hydrogène, qui peut être conservé et transporté pour une utilisation ultérieure. Pour ce faire, l’énergie renouvelable est utilisée pour décomposer les molécules d’eau en hydrogène et oxygène, l’énergie étant stockée dans les atomes d’hydrogène. Ce processus utilise des catalyseurs à base de platine pour provoquer une réaction appelée électrolyse.
Un catalyseur à base d’atomes individuels de platine
Le platine est un excellent catalyseur pour cette réaction, mais il est coûteux et rare. Il est donc important de minimiser son utilisation pour réduire les coûts et limiter l’extraction du platine.
Dans une étude publiée cette semaine dans la revue Nature, l’équipe de chercheurs a conçu et testé un catalyseur qui utilise le moins de platine possible pour produire une plateforme efficace et économique pour la décomposition de l’eau.
Le professeur Zhang Hua, chercheur principal de CityU, a précisé : « L’hydrogène produit par la décomposition électrocatalytique de l’eau est considéré comme l’une des énergies propres les plus prometteuses pour remplacer les combustibles fossiles dans un avenir proche, réduisant ainsi la pollution environnementale et l’effet de serre. »
Les innovations de l’équipe de recherche
L’innovation de l’équipe consiste à disperser des atomes individuels de platine dans une feuille de sulfure de molybdène (MoS2). Cette méthode utilise beaucoup moins de platine que les catalyseurs existants et améliore même les performances, car le platine interagit avec le molybdène pour augmenter l’efficacité de la réaction.
Les chercheurs de CityU ont réussi à créer des matériaux de haute pureté en faisant croître les catalyseurs minces sur des supports en nanofeuilles.
Les applications potentielles du nouveau catalyseur
Une fois que l’énergie renouvelable est stockée sous forme d’hydrogène, elle doit être reconvertie en électricité à l’aide de piles à combustible, qui produisent de la vapeur d’eau comme sous-produit d’une réaction de décomposition de l’oxygène.
Récemment, le professeur Kucernak et ses collègues ont révélé un catalyseur à base de fer, au lieu de platine, pour cette réaction, ce qui réduira également le coût de cette technologie.
Bramble Energy, une autre entreprise créée par le professeur Kucernak, testera cette technologie dans leurs piles à combustible.
En synthèse
Les deux catalyseurs à base d’atomes individuels – l’un aidant à transformer l’énergie renouvelable en stockage d’hydrogène et l’autre aidant à libérer cette énergie sous forme d’électricité ultérieurement – ont le potentiel de rapprocher la réalisation d’une économie de l’hydrogène.
Cette avancée pourrait contribuer à faciliter le stockage et l’utilisation de l’énergie renouvelable, soutenant ainsi les efforts mondiaux pour réduire les émissions de gaz à effet de serre et lutter contre le changement climatique.
Pour une meilleure compréhension
1. Qu’est-ce que le nouveau catalyseur à base de platine ?
Le nouveau catalyseur est conçu à partir d’atomes individuels de platine dispersés dans une feuille de sulfure de molybdène (MoS2). Il permet de faciliter le stockage de l’énergie renouvelable sous forme d’hydrogène en utilisant moins de platine que les catalyseurs existants, réduisant ainsi les coûts et améliorant les performances.
2. Comment fonctionne le stockage du renouvelable sous forme d’hydrogène ?
L’énergie renouvelable est utilisée pour décomposer les molécules d’eau en hydrogène et oxygène, l’énergie étant stockée dans les atomes d’hydrogène. Ce processus utilise des catalyseurs à base de platine pour provoquer une réaction appelée électrolyse.
3. Quels sont les avantages du stockage de l’énergie renouvelable ?
Le stockage de l’énergie renouvelable sous forme d’hydrogène permet de conserver et de transporter l’énergie pour une utilisation ultérieure, ce qui est particulièrement utile lorsque les conditions météorologiques ne sont pas favorables à la production d’énergie éolienne ou solaire.
4. Comment l’hydrogène stocké est-il reconverti en électricité ?
L’hydrogène stocké est reconverti en électricité à l’aide de piles à combustible, qui produisent de la vapeur d’eau comme sous-produit d’une réaction de décomposition de l’oxygène. Récemment, un catalyseur à base de fer a été développé pour cette réaction, réduisant ainsi le coût de cette technologie.
5. Quel est l’impact potentiel de ces catalyseurs à base d’atomes individuels ?
Les deux catalyseurs à base d’atomes individuels ont le potentiel de rapprocher la réalisation d’une économie de l’hydrogène, facilitant ainsi le stockage et l’utilisation de l’énergie renouvelable et soutenant les efforts mondiaux pour réduire les émissions de gaz à effet de serre et lutter contre le changement climatique.
Légende illustration principale : Le nouveau matériau catalytique – Crédit : City University of Hong Kong
‘Phase-dependent growth of Pt on MoS2 for highly efficient H2 evolution’ by Zhenyu Shi et al. is published in Nature. – DOI:10.1038/s41586-023-06339-3
