L’hydrogène est essentiel à l’économie moderne, et étendre son utilité dans une société plus durable est une priorité mondiale majeure. Or, dans une étude récemment publiée dans Avancées scientifiquesdes chercheurs de l’Université d’Osaka ont fait des progrès passionnants vers l’élimination de nombreux goulots d’étranglement restants dans l’utilisation de l’hydrogène comme vecteur d’énergie.
En tant que précurseur chimique de l’ammoniac utilisé dans la production d’engrais, l’hydrogène a aidé à nourrir le monde et, à l’avenir, l’hydrogène pourrait continuer à sauver des vies en servant également de carburant. Un obstacle majeur à cet objectif est la façon dont nous produisons actuellement de l’hydrogène.
Il existe de nombreuses méthodes de production d’hydrogène, par exemple en faisant réagir de la vapeur à haute température avec du gaz naturel, mais ces approches entraînent la production d’hydrogène brut, qui contient des gaz contaminants difficiles à éliminer, ce qui diminue la valeur de l’hydrogène résultant. Pour l’utilisation commerciale de l’hydrogène, tous les contaminants doivent être rigoureusement éliminés par des procédés à plusieurs étapes et à forte intensité énergétique optimisés indépendamment pour chaque contaminant, ce qui rend difficile l’extraction de l’hydrogène du mélange brut contenant les sous-produits.
La difficulté d’extraire l’hydrogène des gaz contaminants courants a restreint l’utilité des transporteurs d’hydrogène organiques liquides, l’état de l’art pour le stockage de l’hydrogène. Dans ces systèmes, de nombreux chercheurs ont lutté pendant des décennies pour surmonter le défi consistant à inciter les transporteurs à absorber – c’est-à-dire à stocker – l’hydrogène en présence de gaz contaminants. Par exemple, « même une petite quantité de monoxyde de carbone peut entraver l’absorption d’hydrogène », explique Yoichi Hoshimoto, l’auteur correspondant. « Ainsi, des méthodes de purification coûteuses pour isoler l’hydrogène avant le stockage sont nécessaires. »
Pour surmonter ces défis, Hoshimoto et son équipe ont synthétisé des triarylboranes de longue conservation qui absorbaient l’hydrogène même en présence de gaz contaminants courants, obtenant les résultats révolutionnaires suivants : stockage de l’hydrogène (avec une efficacité jusqu’à > 99 %) et libération d’hydrogène à une pureté allant jusqu’à 99,9 %.
« La valeur industrielle de l’hydrogène moléculaire a longtemps été minée par des quantités substantielles de monoxyde de carbone et d’autres contaminants », explique Hoshimoto. « Cependant, dans la méthode d’hydrogénation catalytique que nous avons développée, même un excès quintuple d’un contaminant n’était pas un problème, et l’absorption et la libération d’hydrogène étaient chacune réalisées sans utiliser de solvants. »
Ce travail a abouti à une preuve de concept pour une nouvelle méthode de production d’hydrogène qui élimine le besoin d’étapes de purification séparées avant le stockage, et il démontre ainsi le potentiel d’augmenter la durabilité économique de l’hydrogène en tant que vecteur énergétique. Les progrès futurs dans l’augmentation de la durabilité environnementale de la production d’hydrogène, par exemple en l’obtenant à partir de l’eau, contribueront davantage à créer une économie durable basée sur l’hydrogène.
Taiki Hashimoto et al, Catalyse du groupe principal pour la purification de H2 basée sur des transporteurs d’hydrogène organiques liquides, Avancées scientifiques (2022). DOI : 10.1126/sciadv.ade0189. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ade0189