Un meilleur rendement pour la production d’hydrogène

Une équipe de chercheurs du CNRS est parvenu à mettre au point un nouveau procédé de production de l’hydrogène  : il en réduit les coûts de production et les émissions de gaz à effet de serre.

L’utilisation de l’hyrogène comme vecteur performant d’énergie se heurte à la production des molécules d’hydrogène, qui ne se trouvent pas à l’état pur. Le défi auquel s’attèlent les chercheurs est de produire cet hydrogène, en limitant l’impact en terme d’émissions de dioxyde de carbone.

Pour cela, l’électrolyse de l’eau, c’est-à-dire sa décomposition en hydrogène (H) et oxygène (O), est l’une des solutions envisagées. Aujourd’hui maîtrisée, cette technique présente toutefois des inconvénients majeurs : son rendement ne dépasse pas 80 %, son coût de production est trop élevé et certains matériaux utilisés sont polluants ou même dangereux.

Pour pallier ces défauts, plusieurs spécialistes ont, depuis 2004, réuni leurs expertises dans le cadre d’un programme de recherche sur la production massive d’hydrogène propre : quatre équipes de recherche se sont ainsi associées aux entreprises AREVA NP, filiale du groupe AREVA, et SCT, l’un des leaders mondiaux dans l’association métal – céramique.

Pour obtenir de l’hydrogène par électrolyse de l’eau avec un meilleur rendement, il faut chauffer : deux voies sont alors possibles. La première plus "traditionnelle" utilise la conduction par ions O2- tandis que la seconde s’appuie sur la circulation des protons (ions H+).

Principal avantage de la voie protonique : elle requiert des températures plus faibles, de l’ordre de 600°C. À de telles températures, une bonne conductivité des protons peut être envisagée, tout en utilisant des matériaux peu onéreux et fiables. C’est pourquoi les scientifiques ont choisi d’explorer et d’optimiser cette voie.

Leur travail s’est déroulé en deux étapes : ils ont tout d’abord conçu un dispositif pour étudier in situ les matériaux constituant l’électrolyseur puis, ils ont mis au point deux électrolyseurs instrumentés, c’est-à-dire comportant entre autres, des capteurs de température, de pression, de mesure de l’intensité du courant produite.

Les scientifiques ont ainsi pu déterminer avec précision les conditions requises pour obtenir de l’hydrogène en grande quantité et de façon fiable.

L’une de leurs idées novatrices a été d’effectuer l’électrolyse sous pression (entre 50 et 100 bars). Et elle s’est révélée efficace… En effet, les principaux paramètres des électrolyseurs s’en sont trouvés améliorés : les premiers essais effectués permettent d’atteindre des quantités d’hydrogène notables, avec un niveau de courant bien supérieur à ce qui avait été fait précédemment par leurs concurrents étrangers travaillant sur la filière protonique.

De plus, cette nouvelle technologie abaisse de près de 200°C la température de fonctionnement par rapport à la solution par conduction par ions O2-. Un dernier atout : en permettant l’usage d’alliages commerciaux, et diminue le coût de l’hydrogène produit.

Ce résultat, prometteur et capital pour l’avenir économique de la filière hydrogène, laisse espérer le développement de technologies rentables et économiques. Même si avant de produire de l’hydrogène massivement et à bas coût, des efforts sont encore nécessaires. Un travail de perfectionnement du dispositif est d’ores et déjà envisagé.