Ayant utilisé des combustibles fossiles pendant plus d’un siècle pour presque tout, l’humanité a déclenché une crise climatique. Désormais, la directive vise à atteindre le zéro émission nette ou la neutralité carbone d’ici 2050.
Une économie de l’hydrogène est un moyen par lequel un monde neutre en carbone peut prospérer. À l’heure actuelle, la façon la plus simple de produire de l’hydrogène combustible est la séparation électrochimique de l’eau : faire passer de l’électricité à travers l’eau en présence de catalyseurs (substances améliorant la réaction) pour produire de l’hydrogène et de l’oxygène. Cette réaction, cependant, est très lente, nécessite des conditions spécialisées et des catalyseurs de métaux nobles, et est globalement coûteuse. Ainsi, atteindre un rendement élevé en hydrogène d’une manière économe en énergie à faible coût est un défi. À ce jour, la production d’hydrogène à partir de la séparation de l’eau n’a pas été commercialisée avec succès.
Aujourd’hui, une équipe de chercheurs de l’Université nationale de Pusan, en Corée, dirigée par le professeur Kandasamy Prabakar, a développé une méthode pour concevoir un nouvel électrocatalyseur capable de résoudre certains de ces problèmes. Leurs travaux ont été mis en ligne le 6 avril 2021 et seront publiés en version imprimée dans le numéro de septembre 2021 du Volume 292 de Catalyse appliquée B : Environnement.
Décrivant l’étude, le professeur Prabakar déclare : « Aujourd’hui, 90 % de l’hydrogène est produit à partir de procédés de reformage à la vapeur qui émettent des gaz à effet de serre dans l’atmosphère. Dans notre laboratoire, nous avons développé un électrocatalyseur stable à base de métal non noble sur un support polymère qui peut produire efficacement de l’hydrogène et de l’oxygène à partir de l’eau à faible coût à partir de phosphates de métaux de transition.
L’équipe du Pr Prabakar a fabriqué cet électrolyseur en déposant des ions cobalt et manganèse, dans des proportions variables, sur un réseau de nanofils en polyaniline (PANI) à l’aide d’un simple procédé hydrothermal. En ajustant le rapport Co/Mn, ils ont atteint une surface globale élevée pour que les réactions se produisent, et combinés à la capacité de conduction électronique élevée du nanofil PANI, un transfert de charge et de masse plus rapide a été facilité sur cette surface de catalyseur. Le phosphate bimétallique confère également une activité électrocatalytique bifonctionnelle pour la production simultanée d’oxygène et d’hydrogène.
Dans des expériences pour tester les performances de ce catalyseur, ils ont constaté que sa morphologie diminue considérablement la surtension de réaction, améliorant ainsi le rendement en tension du système. Témoignage de la durabilité, même après 40 heures de production continue d’hydrogène à 100 mA/cm2, ses performances restent constantes. Et la séparation de l’eau était possible à une faible tension d’entrée de seulement 1,54 V.
A ces avantages s’ajoute le faible coût des métaux de transition. En effet, le système peut être mis à l’échelle et adapté pour une application à une myriade de paramètres. En parlant d’applications futures possibles, le professeur Prabakar explique : « Les dispositifs de séparation d’eau qui utilisent cette technologie peuvent être installés sur site où l’hydrogène est requis et peuvent fonctionner en utilisant une faible consommation d’énergie ou une source d’énergie entièrement renouvelable. Par exemple, nous peut produire de l’hydrogène à la maison pour cuisiner et se chauffer à l’aide d’un panneau solaire. De cette façon, nous pouvons atteindre la neutralité carbone bien avant 2050. »
Source de l’histoire :
Matériel fourni par Université nationale de Pusan. Original écrit par Na-hyun Lee. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.
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