Une équipe de l'université technique de Freiberg met au point un procédé de recyclage des métaux précieux provenant des électrolyseurs
L'hydrogène produit par électrolyse à partir d'énergies renouvelables est considéré comme un élément clé de la transition énergétique. À l'aide de catalyseurs, l'eau est divisée en ses composants, l'hydrogène et l'oxygène. La réaction électrochimique nécessite des métaux précieux tels que le platine, l'iridium ou le ruthénium comme catalyseurs. Depuis trois ans, un projet de recherche européen, auquel participe la TU Bergakademie Freiberg, étudie les moyens d'améliorer le recyclage de ces métaux.
"Étant donné que les métaux précieux coûteux utilisés dans les cellules d'électrolyse ne peuvent pas encore être complètement remplacés par d'autres matériaux aussi efficaces, le défi consiste à les récupérer sans perte. Et ce, idéalement avec un traitement respectueux de l'environnement", explique le chef de projet, le professeur Alexandros Charitos de l'université technique de Freiberg.
Traitement plus écologique des matériaux catalytiques en fin de vie
L'équipe s'est concentrée sur les méthodes de recyclage dites hydrométallurgiques. Il s'agit de transférer le matériau catalytique dans une solution aqueuse et de le récupérer ensuite sous forme de sel ou de métal dans une forme solide aussi pure que possible.
"La récupération des différentes couches de catalyseur à partir de métaux précieux, qui constituent le cœur de l'électrolyseur à membrane échangeuse de protons (électrolyseur PEM), nécessitait jusqu'à présent une étape de traitement à forte intensité énergétique et potentiellement nuisible à l'environnement. "Dans le cadre du projet Recycalyse, nous poursuivons un processus de recyclage dans lequel les couches de catalyseur sont séparées de la membrane contenant du fluor", explique le Dr Lesia Sandig-Predzymirska. Les métaux précieux contenus dans les couches catalytiques préconcentrées peuvent ensuite être recyclés à l'aide d'agents de lixiviation plus doux et plus respectueux de l'environnement. "On obtient ainsi des matériaux de départ qui peuvent être utilisés directement pour la production de nouveaux électrocatalyseurs afin de boucler le cycle des matériaux", ajoute la chercheuse.
Nouvelle méthode de recyclage du métal précieux ruthénium brevetée
Un nouveau catalyseur composé d'iridium et de ruthénium s'est avéré le plus efficace pour la réaction de dégagement de l'oxygène du côté anode de la cellule. Un oxyde d'étain dopé à l'antimoine a servi de support aux métaux à la place du carbone. "Nous avons mis au point et breveté un procédé hydrométallurgique utilisant des produits chimiques peu coûteux pour récupérer efficacement les complexes de ruthénium qui sont précieux pour l'industrie", explique le Dr Lesia Sandig-Predzymirska. Les complexes de ruthénium ne sont pas seulement utilisés dans l'industrie chimique pour la production de catalyseurs, mais également dans de nombreux autres domaines tels que l'industrie électronique, la médecine, la biologie, les nanosciences et la production de cellules solaires.
Grâce à un nouveau procédé de séparation des ions métalliques, l'équipe est parvenue à récupérer plus de 90 % des métaux précieux contenus.
L'électrolyse au centre de la recherche
Le stockage de l'hydrogène issu de l'électrolyse de l'eau étant un élément important de la transition énergétique, les matériaux d'électrodes sont actuellement au cœur de la recherche. Outre l'efficacité et la disponibilité des matériaux, le projet "Recycalyse" s'intéresse particulièrement à leur recyclabilité dans le cadre de l'économie circulaire. Il est dirigé par l'Institut technologique danois et soutenu par neuf autres partenaires (TU Bergakademie Freiberg, Fraunhofer ICT, Sustainable Innovations, TWI, Blue World Technologies, Université de Berne, Prüfrex, HyCentA Research GmbH et Accurec). Jusqu'à la fin du mois de septembre 2023, "Recycalyse" sera soutenu par un total de 5,5 millions d'euros du programme de recherche et d'innovation Horizon 2020 de l'Union européenne dans le cadre de la convention de subvention n° 861960.
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