Un système solaire produit de l’hydrogène vert directement à partir de l’humidité de l’air

YIN Huajie | ZHAO Weiwei

Une équipe dirigée par le professeur YIN Huajie de l’Institut des sciences physiques de Hefei de l’Académie chinoise des sciences a mis au point un système à énergie solaire qui produit de l’hydrogène vert directement à partir de l’humidité atmosphérique, sans avoir recours à des sources d’eau ou d’énergie externes.

La technologie d’électrolyse de l’eau à membrane échangeuse de protons (PEMWE) est l’une des principales méthodes de production d’hydrogène vert. Elle suscite un vif intérêt en raison de son rendement élevé et de la grande pureté de l’hydrogène produit. Cependant, le processus PEMWE dépend fortement d’une eau de haute pureté comme matière première pour la réaction, ce qui limite son application dans les régions où l’eau est rare. La collecte de l’eau atmosphérique (AWH), en tant qu’approche émergente pour obtenir de l’eau pure, est prometteuse en tant que solution viable au problème de pénurie d’eau dans la production d’hydrogène vert.

Dans cette étude, les chercheurs ont mis au point un système autonome qui associe la collecte photothermique de l’eau atmosphérique à l’électrolyse à membrane échangeuse de protons.

Le système utilise du carbone poreux hiérarchique comme adsorbant pour capter l’humidité de l’air, qui est évaporée par la chaleur solaire et introduite dans un électrolyseur spécialement conçu pour la production d’hydrogène. Le matériau poreux est fabriqué par synthèse sur modèle et calcination, puis par oxydation de surface afin d’améliorer son affinité avec l’eau.

Il affiche des performances remarquables. Même dans des conditions de faible humidité (jusqu’à 20 %), il maintient des performances stables en matière de collecte et d’évaporation de l’eau. Sous une humidité de 40 %, le système a atteint un taux de production d’hydrogène de près de 300 ml par heure, avec une excellente stabilité cyclique et une fiabilité à long terme.

Des essais sur le terrain ont en outre confirmé qu’il peut produire de l’hydrogène vert en continu en utilisant uniquement l’énergie solaire, sans émissions de carbone et sans apport d’énergie externe. Selon l’équipe, ces travaux ouvrent une nouvelle voie pour la production durable d’hydrogène dans les régions où l’eau est rare.

Cette recherche a été soutenue par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine et le programme d’innovation collaborative du Centre scientifique de Hefei.

Article : « Solar-Driven Atmospheric Water Production Through Hierarchically Ordered Porous Carbon for Self-Sustaining Green Hydrogen Production » – DOI : 10.1002/adma.202511336

Abstract : La production d’hydrogène vert par électrolyse de l’eau à membrane échangeuse de protons (PEMWE) alimentée par une énergie propre est une technologie prometteuse et respectueuse de l’environnement. Cependant, elle dépend d’une source d’eau très pure, qui est limitée dans les régions confrontées à la pénurie d’eau. Nous présentons ici un système solaire autonome couplé qui associe la collecte de l’eau atmosphérique à l’électrolyse de l’eau PEM (AWH-PEMWE), offrant ainsi une nouvelle voie pour la génération d’eau propre et la production d’hydrogène vert. Le composant du récupérateur d’eau atmosphérique (AWH) utilise du carbone poreux ordonné hydrophile co-dopé N et O, conçu avec une structure poreuse hiérarchique interconnectée avec des canaux prospères pour un transport de masse efficace. Il permet une évaporation solaire interfaciale efficace pour la libération de l’eau, atteignant une capacité de collecte d’eau record de 0,49 L kg-1 h-1 à 40 % d’humidité relative (HR). Lors des essais en plein air, le système AWH-PEMWE atteint un taux de production d’hydrogène vert maximal de 204 ml h-1 à midi en utilisant uniquement l’eau atmosphérique comme matière première. Fait remarquable, le système reste opérationnel dans des conditions de très faible humidité, jusqu’à 20 % d’humidité relative, ce qui permet de relever le défi de la disponibilité de l’eau dans les environnements arides. Il est important de noter que le système fonctionne sans gaz vecteurs ni accessoires énergétiques externes, ce qui permet un processus entièrement solaire sans aucune émission de carbone tout au long du cycle de production de l’hydrogène.

Source : Hefei I.

carbone poreux ordonné ; production autonome d’hydrogène ; récupération de l’eau à l’aide de l’énergie solaire.