L’hydrogène vert est l’une des énergies du futur, une énergie dans laquelle l’Espagne fonde de grands espoirs d’investissement et de développement à l’avenir. Mais, comme tout, il a ses inconvénients. Entre autres, le coût et la rareté de certains matériaux rares nécessaires à son obtention, comme le titane ou l’iridium.
Aujourd’hui, une équipe conjointe de l’Institut de catalyse et de pétrochimie (ICP) et de l’Institut des sciences des matériaux de Madrid (ICMM), tous deux du Conseil supérieur de la recherche scientifique (CSIC), a mis au point une méthode pour réduire jusqu’à 10 fois la quantité d’iridium nécessaire pour obtenir cette énergie, un pas de géant pour que l’hydrogène soit véritablement renouvelable et durable.
Une étape mieux comprise si l’on tient compte de la polémique récurrente autour de la part « verte » de l’hydrogène. Cela ne peut être considéré que comme tel lorsqu’il est obtenu à partir d’eau et générant l’énergie nécessaire à l’électrolyse (casser la molécule H₂O pour obtenir de l’hydrogène, d’une part, et de l’oxygène, d’autre part) avec une énergie renouvelable. Le solaire est, pour le moment, le plus efficace à cet égard.
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Cela présente l’avantage supplémentaire que l’énergie électrique est stockée sous forme d’énergie chimique dans la molécule d’hydrogène, de sorte qu’elle peut être considérée comme une réserve d’énergie électrique. Ainsi, il permet l’accumulation d’électricité renouvelable qui reste ou est transportée sous forme d’hydrogène.
Le problème, comme le rappelle la CSIC elle-même, c’est que la majeure partie de l’hydrogène produit aujourd’hui provient encore d’énergies fossiles. Et c’est que, jusqu’à présent, c’est le moyen le plus efficace et le plus économique de le générer. Cela suppose quelques 900 millions de tonnes de CO₂ émises dans le monde, selon les données de l’Agence internationale de l’énergie.
Les professeurs Sergio Rojas et Maria Retuerto, de l’ICP, et José Antonio Alonso, de l’ICMM, répondent aux questions d’ENCLAVE ODS par e-mail. Ils expliquent que Pour que le processus ci-dessus soit vraiment propre et neutre en carbone, il nécessite des électrolyseurs très efficaces. –le soi-disant PEM (Proton Exchange Membrane, pour son acronyme en anglais)–, très coûteux pour les matériaux qu’ils utilisent. D’une part, ils ont besoin de titane pour les plaques et les couches de transport. D’autre part, l’iridium dans les cathodes de ses catalyseurs.
« Les deux sont des métaux nobles, mais la quantité de titane utilisée dans les électrolyseurs PEM est inférieure d’un ordre de grandeur à la quantité d’iridium », expliquent les chercheurs. Et ils ajoutent : « L’iridium est un élément très cher, très rare et mal distribué. Actuellement, une once troy (l’unité de mesure utilisée dans les métaux précieux, qui équivaut à 32,15 grammes) coûte 4 600 $, selon Johnson Matthey, une entreprise leader du secteur. C’est-à-dire, « Nous ne pourrions pas fabriquer tous les électrolyseurs dont nous devrions avoir besoin avec l’iridium qui existe sur terre ».
Le travail des chercheurs a consisté à développer des catalyseurs pour l’électrolyse de l’hydrogène vert à base d’oxydes mixtes, qui mélangent l’iridium avec d’autres matériaux sans nuire à leurs propriétés. « Avec l’un de ces oxydes mixtes, nous avons obtenu un catalyseur qui a les mêmes performances et durabilité que les oxydes d’iridium commerciaux actuels« , mais « avec 10 fois moins d’iridium dans l’électrode”. Ils sont passés de 2 milligrammes par centimètre carré à 0,2, ce qui réduit considérablement le coût.
Quelque chose qui ouvre la porte à son évolutivité pour une production à un niveau supérieur pour son application industrielle, le but ultime de tout cela. Un hydrogène vert produit en masse avec des applications dans le secteur chimique, dans le secteur de l’énergie – à la fois comme énergie finale, avec les hypothétiques moteurs H2, et dans son transport – ou dans le secteur industriel – par exemple, en se substituant à d’autres procédés dans la production d’acier, en éliminant les émissions de CO₂–.
Cette future capacité de production massive, qui se compterait en tonnes, est aujourd’hui complexe, car elle estLe nouveau composé des chercheurs du CSIC a besoin d’un four à 200 bars de pression d’oxygèneune machine rare située à l’ICMM et utilisée par le professeur Alonso.
Mais les chercheurs sont optimistes : « Ces matériaux d’iridium partent d’un composé dont la surface est modifiée dans la réaction ; ce que nous voyons maintenant, c’est que nous n’avons peut-être pas besoin d’avoir exactement ce composé de départ. Nous pouvons avoir quelque chose de très similaire et au final la restructuration de la surface nous donne la même activité catalytique. Pour le moment, Il existe déjà une entreprise intéressée à étudier cette possibilité en profondeur.
L’origine des travaux conjoints des chercheurs de l’ICP et du CIMM se situe dans leurs champs d’action antérieurs. Dans l’équipe dirigée par le professeur Sergio Rojas, au premier centre, ils travaillent sur l’élimination des métaux nobles (ceux qui ne subissent pas d’oxydation ou de corrosion) des catalyseurs dans les processus électrochimiques tels que la production d’hydrogène vert.
Le Dr María Retuerto travaille dans ce groupe, qui a terminé sa thèse de doctorat dans l’équipe du professeur José Antonio Alonso, qui étudie les utilisations fondamentales des matériaux dans l’électrolyse ou les piles à combustible.
La recherche de ces experts ne s’arrête pas là. En plus de travailler pour que le procédé qu’ils ont conçu devienne évolutif au niveau industriel, pour qu’il ait un réel impact sur la production d’hydrogène vert, ils ils cherchent à concevoir des catalyseurs dans lesquels l’iridium est complètement éliminé. « Ce serait une avancée encore plus grande pour la technologie s’il était possible de trouver des matériaux qui rivalisent à la fois en stabilité et en activité catalytique », disent-ils.
L’idée serait de remplacer l’iridium par, par exemple, le ruthénium, un autre matériau rare mais beaucoup moins cher que les actuels, qui a actuellement le problème d’être moins durable. Bien que le but ultime, soulignent-ils, soit concevoir des « catalyseurs sans métaux nobles »domaine dans lequel pour le moment rien n’est certain, mais dans lequel ils obtiennent « des activités très prometteuses ».
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