Ingrédients simples pour un système de stockage d'hydrogène chimique
Facile à stocker et à transporter
Les chercheurs sont toujours à la recherche d'un moyen idéal pour stocker de manière sûre et stable l'hydrogène, porteur d'espoir pour la transition énergétique. Dans le dernier numéro de NATURE COMMUNICATION, des chercheurs du Leibniz Institute for Catalysis de Rostock, du LIKAT et de la société H2APEX expliquent comment ce gaz volatile et combustible peut être apprivoisé en toute sécurité et avec des "ingrédients" simples. Ensemble, ils ont mis au point un système catalytique homogène qui permet de lier l'hydrogène (H2) au bicarbonate de potassium et de le stocker chimiquement de manière sûre et stable. Le bicarbonate est un sel de l'acide carbonique, communément appelé poudre à lever ou bicarbonate de soude.
Dans le système décrit, l'hydrogène réagit avec le bicarbonate en présence d'un catalyseur au ruthénium pour former du formiate, un sel tout aussi inoffensif, celui de l'acide formique. Le clou de l'affaire : "Nous pouvons libérer l'hydrogène stocké dans le formiate à tout moment - avec le même catalyseur, dans le même système", expliquent dans une interview le Dr Rui Sang et l'étudiante en doctorat Carolin Stein, tous deux premiers auteurs de la publication scientifique. Une telle réaction, qui peut se dérouler dans les deux sens, est dite réversible.
Selon le chef du groupe de recherche, le Dr Henrik Junge, le système fonctionne de manière stable à des températures d'environ 60 degrés Celsius. La réaction a lieu dans une solution contenant toutes les substances chimiques impliquées : Hydrogène et bicarbonate, ainsi que le catalyseur, qui rend la réaction possible en premier lieu et n'est pas consommé dans le processus lui-même. Dans le cas de la dernière publication, il est basé sur le ruthénium et est disponible dans le commerce. Au final, cette solution contient également le formiate nouvellement formé - le véritable réservoir de H2.
Le système est également facile à contrôler techniquement, explique le Dr Sponholz, responsable de la recherche chez H2APEX : "Selon la pression à laquelle j'ajoute l'hydrogène au système, soit le gaz est lié au bicarbonate pour former du formiate, soit la réaction est inversée et le formiate libère à nouveau de l'hydrogène."
Facile à stocker et à transporter
L'hydrogène joue un rôle clé dans les scénarios d'approvisionnement en énergies alternatives. Le méthanol, l'ammoniac et le méthane font l'objet de discussions en tant que moyens de stockage pour une future économie de l'hydrogène. Les sels d'acide formique présentent un avantage par rapport à ces moyens de stockage en termes de toxicité des substances et de consommation d'énergie. Le formiate pourrait être facilement stocké dans des conteneurs en plastique et transporté dans des camions-citernes. Henrik Junge déclare : "C'est un peu comme le lait, la bière ou le diesel".
Avec le bicarbonate, le formiate forme un système énergétique qui est chargé ou déchargé par l'hydrogène, comme une batterie. Un tel système est particulièrement adapté aux zones locales et rurales. L'énergie éolienne ou solaire peut y produire de l'hydrogène vert par électrolyse pendant les phases où la quantité d'électricité fournie est supérieure à la consommation, hydrogène qui est ensuite stocké sous forme de formiate.
Dans le cadre de la coopération entre LIKAT et H2APEX, l'un des objectifs des chercheurs est de stocker autant d'hydrogène que possible dans le formiate. Cela dépend de la densité de stockage, de la solubilité et de la "molarité" du sel utilisé, propriétés qui dépendent à leur tour de son "contre-ion". En effet, les sels sont généralement constitués d'ions de charge opposée, le cation et l'anion.
Après avoir testé plusieurs candidats et pesé le pour et le contre, la décision a été prise d'utiliser le potassium, explique le Dr Peter Sponholz. Le sel chargé d'hydrogène dans la "batterie" s'appelle donc précisément bicarbonate de potassium. D'ailleurs, la poudre à lever pour la cuisine contient généralement du bicarbonate de sodium.
40 cycles pour un processus climatiquement neutre
Les auteurs insistent sur le fait que le processus est neutre en termes de CO2. Normalement, lorsque l'hydrogène est récupéré, une partie du bicarbonate est décomposée en CO2 et libérée, explique Carolin Stein. "Notre système, en revanche, retient le CO2 de manière permanente. Cela signifie qu'il est possible d'obtenir de l'hydrogène pur à partir de ce système de stockage, qui peut être utilisé directement dans une pile à combustible sans purification supplémentaire.
Dans leur article de NATURE COMMUNICATION, les auteurs font état de 40 cycles consécutifs de stockage et de libération d'hydrogène sur une période de six mois. En utilisant des quantités minimales de catalyseur au ruthénium de l'ordre du ppm, les chimistes ont produit 50 litres d'hydrogène d'une pureté moyenne de 99,5 % avec leur système de laboratoire.
Futur démonstrateur au centre technique de transfert
L'entreprise H2APEX de Rostock-Laage utilise ces résultats, entre autres, pour construire un démonstrateur plus important, pour lequel le partenaire industriel utilise également le centre technique Catalysis2Scale de l'institut. Si tout se passe comme prévu, l'usine correspondante sera commercialisée fin 2025, et le symbole chimique des atomes d'hydrogène, H, signifiera alors aussi H d'espoir pour la transition énergétique.
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 Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Autres actualités du département science
Recevez les dernières actualités de l’industrie chimique
Ne manquez plus aucune actualité : notre newsletter consacrée à l'industrie chimique, aux méthodes analytiques, aux laboratoires et à la technologie des processus vous informe tous les mardis et jeudis. Les dernières nouvelles du secteur, les produits phares et les innovations - de manière compacte et compréhensible dans votre boîte de réception. Recherché par nos soins, pour que vous n'ayez pas à le faire.
