Production industrielle d'hydrogène au moyen d'un nouveau système basé sur des membranes céramiques protonées
Une équipe internationale publie un système qui génère ce combustible universel avec presque aucun déchet
Une équipe internationale impliquant l'Institut de technologie chimique (ITQ), un centre conjoint du Conseil national de la recherche espagnol (CSIC) et de l'Université polytechnique de Valence (UPV), a mis au point un nouveau réacteur électrifié pour obtenir de l'hydrogène de manière plus durable et plus efficace sur le plan énergétique. L'équipe a réussi à combiner 36 membranes céramiques individuelles en un générateur modulaire et évolutif qui produit de l'hydrogène à partir d'électricité et de divers combustibles, avec une perte d'énergie quasi nulle. C'est la première fois que cette technologie permet de produire de l'hydrogène de manière industrielle.
L'hydrogène est l'élément chimique le plus abondant sur la planète.
Axel Rouvin
L'hydrogène est l'élément chimique le plus abondant de la planète, mais il n'est disponible dans aucun gisement. Il doit être obtenu à partir d'autres éléments qui le contiennent. La production d'hydrogène à des fins énergétiques est classée par couleur en fonction de la propreté de son obtention. Le plus propre est l'hydrogène vert, qui est produit à partir de sources d'énergie renouvelables. La plus courante est la bleue, qui est extraite du gaz naturel. Les résultats des travaux auxquels participe l'ITQ, publiés dans Science, sont prometteurs pour la compétitivité des deux types dans le transport terrestre et maritime, ainsi que pour d'autres marchés et leur utilisation industrielle.
Les réacteurs électrochimiques à protons en céramique utilisés dans cette étude utilisent l'énergie électrique pour extraire l'hydrogène d'autres molécules avec un rendement énergétique exceptionnel. Le combustible peut être de l'ammoniac, du gaz naturel, du biogaz ou d'autres molécules contenant de l'hydrogène. Le projet a permis de mettre à l'échelle un réacteur électrifié pour produire environ un demi-kilo d'hydrogène sous pression par jour par électrocompression, avec une très grande pureté et une efficacité énergétique maximale de plus de 90 %.
Le groupe de conversion et de stockage de l'énergie de l'ITQ a démontré qu'il est possible de travailler avec ce type de technologie à une pression de 150 bars, ce qui constitue l'une des étapes les plus marquantes de ces travaux. De plus, avec ce système, le dioxyde de carbone(CO2) produit au cours du processus n'est pas émis dans l'atmosphère, mais est transformé en un flux pressurisé pour la liquéfaction et le transport en vue d'une utilisation ou d'un stockage ultérieur, ce qui permet la décarbonisation.
Les résultats obtenus dans ce travail montrent pour la première fois que la technologie de la céramique à protons peut être utilisée pour créer des dispositifs à hydrogène évolutifs qui ouvrent la voie à une production industrielle de masse. Alors que d'autres énergies propres comme l'énergie solaire ou éolienne sont intermittentes, l'hydrogène présente l'avantage de pouvoir stocker et distribuer l'énergie. "Ce système permettra de stocker l'énergie sous forme de molécules à haute densité énergétique contenant de l'hydrogène, apportant ainsi une réponse au problème de l'intermittence des sources renouvelables", explique Sonia Remiro Buenamañana, chercheuse postdoctorale à l'ITQ.
Outre l'ITQ, l'équipe de recherche comprend des scientifiques et des ingénieurs de l'Université d'Oslo et de l'institut de recherche SINTEF (Norvège), ainsi que de CoorsTek Membrane Sciences, le département de recherche de la société CoorsTek. "L'efficacité énergétique est la clé de l'avenir de l'hydrogène", déclare Irene Yuste, ingénieur chimiste chez CoorsTek Membrane Sciences et doctorante à l'Université d'Oslo, co-auteur de l'étude.
Obtenir de l'hydrogène avec une efficacité maximale
"Lorsque l'énergie est transformée d'une forme à une autre, il y a une perte d'énergie", explique José Manuel Serra, professeur de recherche CSIC à l'ITQ et co-auteur principal de l'article. "Avec nos membranes céramiques à protons, nous pouvons combiner différentes étapes de la production d'hydrogène en une seule étape où la chaleur pour la production catalytique d'hydrogène est fournie par la séparation électrochimique des gaz pour former un processus thermiquement équilibré. Le résultat est de l'hydrogène fabriqué avec une perte d'énergie quasi nulle", souligne-t-il.
Les membranes céramiques à protons sont des convertisseurs d'énergie électrochimique, tout comme les batteries, les piles à combustible et les électrolyseurs. L'une des clés de cette avancée est un nouveau composant développé par CoorsTek Membrane Sciences à partir de matériaux vitrocéramiques et métalliques, qui combine la robustesse à haute température d'une céramique et la conductivité électronique d'un métal.
Ces membranes fonctionnent à des températures élevées, entre 400 et 800 degrés Celsius, décomposant l'hydrogène en ses particules subatomiques (protons et électrons) et transportant les protons à travers un électrolyte céramique solide. "Notre groupe de recherche a réalisé une étude approfondie des taux des réactions qui ont lieu, ainsi que des mécanismes qui y sont impliqués, afin d'améliorer les conditions de fonctionnement de ces systèmes", explique María I. Valls Esteve, chercheur à l'ITQ.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Espagnol peut être trouvé ici.
Publication originale
Daniel Clark, Harald Malerød-Fjeld, Michael Budd, Irene Yuste-Tirados, Dustin Beeaff, Simen Aamodt, Kevin Nguyen, Luca Ansaloni, Thijs Peters, Per K. Vestre, Dimitrios K. Pappas, María I. Valls, Sonia Remiro-Buenamañana, Truls Norby, Tor S. Bjørheim, Jose M. Serra, Christian Kjølseth; "Single-step hydrogen production from NH3, CH4, and biogas in stacked proton ceramic reactors."; Science.
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