Percée dans la recherche sur l'hydrogène : une séparation isotopique plus efficace en vue
Une équipe de recherche internationale a fait un grand pas vers la réalisation de son rêve de séparer les isotopes de l'hydrogène à température ambiante et à faible coût
L'hydrogène, le plus léger de tous les éléments, est très demandé en raison de son rôle prometteur en tant que ressource durable dans la transition énergétique. Une équipe de l'université de Leipzig et de l'université technique de Dresde, dans le cadre du groupe de formation à la recherche sur les isotopes de l'hydrogène 1,2,3H, a réalisé une percée importante dans la fourniture efficace et rentable d'isotopes. Il s'agit des trois formes sous lesquelles l'hydrogène se présente dans la nature, à savoir le protium, le deutérium et le tritium. L'équipe internationale de chercheurs a fait un grand pas vers la réalisation de son rêve de séparer les isotopes de l'hydrogène à température ambiante et à faible coût. Les conclusions de l'équipe viennent d'être publiées dans la revue Chemical Science.
Illustration de la liaison préférentielle de l'hydrogène lourd (bleu) à l'hydrogène léger (blanc) au niveau du centre métallique, activée par la liaison d'une molécule d'eau (oxygène rouge, hydrogène blanc).
Leipzig University
Le protium, ou hydrogène-1, est la forme la plus courante de l'hydrogène. Le deutérium, connu sous le nom d'hydrogène lourd, joue un rôle de plus en plus important, par exemple dans le développement de produits pharmaceutiques plus stables et plus efficaces. Un mélange de deutérium et de tritium, l'hydrogène "super-lourd", sert de combustible pour la fusion nucléaire, une source d'énergie durable pour l'avenir. L'un des problèmes non résolus dans la recherche sur l'hydrogène est de savoir comment fournir ces isotopes sous une forme très pure de manière efficace et rentable, étant donné qu'ils ont des propriétés physiques très similaires. Les procédés actuels de séparation des isotopes ne sont pas très efficaces et consomment de grandes quantités d'énergie.
"On sait depuis près de 15 ans que les cadres métallo-organiques poreux peuvent, en principe, être utilisés pour purifier et séparer les isotopes de l'hydrogène. Cependant, cela n'a été possible qu'à des températures très basses, autour de moins 200 degrés Celsius - des conditions très coûteuses à mettre en œuvre à l'échelle industrielle", explique le professeur Knut Asmis de l'Institut Wilhelm Ostwald de chimie physique et théorique de l'université de Leipzig et porte-parole du groupe de formation à la recherche. Il ajoute que le mécanisme de séparation repose sur l'adsorption fortement favorisée de l'un des isotopes présents sur l'un des centres métalliques libres du solide poreux. L'adsorption est un processus par lequel des atomes, des ions ou des molécules d'un gaz ou d'un liquide adhèrent à une surface solide, souvent poreuse.
Les chercheurs doctorants du groupe de formation en recherche 1,2,3H, Elvira Dongmo, Shabnam Haque et Florian Kreuter, qui sont tous membres de l'un des groupes de recherche dirigés par le professeur Thomas Heine (TU Dresden), le professeur Knut Asmis et le professeur Ralf Tonner-Zech (tous deux de l'université de Leipzig), ont maintenant acquis une connaissance plus approfondie de l'influence de l'environnement de la structure sur la sélectivité de la liaison. Il s'agit de savoir pourquoi l'un des isotopes a plus de chances de se fixer que l'autre. Cette question a été décryptée en détail dans la présente étude grâce à une interaction synergique entre la spectroscopie de pointe, les calculs de chimie quantique et l'analyse de la liaison chimique sur un système modèle. "Pour la première fois, nous avons pu montrer l'influence des atomes individuels des composés cadres sur l'adsorption. Nous pouvons maintenant les optimiser de manière ciblée afin d'obtenir des matériaux présentant une sélectivité élevée à température ambiante", explique Heine.
Le groupe de formation à la recherche 1,2,3H, financé par la Fondation allemande pour la recherche (DFG) à hauteur de 5,4 millions d'euros sur 4,5 ans, forme plus de 20 chercheurs doctorants depuis octobre 2021. Il combine l'expertise de l'Université de Leipzig, de la TU Dresden, du Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf et de l'Institut Leibniz d'ingénierie des surfaces afin de développer de nouveaux matériaux, des médicaments plus efficaces et des méthodes de détection plus sensibles en regroupant le financement de la recherche fondamentale et de la formation dans le domaine des isotopes de l'hydrogène. La deuxième cohorte d'environ 15 à 20 chercheurs doctorants commencera son programme de doctorat structuré de trois ans le 1er octobre 2024.
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.
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