Extraire un combustible propre de l'eau

30 mai 2023 (Actualités Nanowerk) Un approvisionnement abondant en énergie propre se cache à la vue de tous. C'est l'hydrogène que nous pouvons extraire de l'eau (H2O) en utilisant des énergies renouvelables. Les scientifiques recherchent des méthodes peu coûteuses pour produire de l'hydrogène propre à partir de l'eau afin de remplacer les combustibles fossiles, dans le cadre de la lutte contre le changement climatique. L'hydrogène peut propulser des véhicules tout en n'émettant que de l'eau. L'hydrogène est également un produit chimique important pour de nombreux processus industriels, notamment dans la fabrication de l'acier et la production d'ammoniac. L'utilisation d'hydrogène plus propre est hautement souhaitable dans ces industries. Une équipe multi-institutionnelle dirigée par le Laboratoire national d'Argonne a développé un catalyseur à faible coût pour un processus qui produit de l'hydrogène propre à partir de l'eau. Parmi les autres contributeurs figurent les laboratoires nationaux Sandia du DOE et le laboratoire national Lawrence Berkeley, ainsi que Giner Inc. Cette recherche a été publiée dans Sciences ("Catalyseur de dégagement d'oxygène de spinelle de cobalt dopé au La et au Mn pour l'électrolyse à membrane échangeuse de protons"). Bulles d'oxygène évoluant à partir de particules de catalyseur fibreuses interconnectées (à droite) lors d'une réaction électrocatalytique avec l'eau. Structure en treillis pour catalyseur à base de cobalt à gauche. (Image: Laboratoire national d'Argonne / Lina Chong et Longsheng Wu utilisant un arrière-plan Shutterstock) "Un processus appelé électrolyse produit de l'hydrogène et de l'oxygène à partir de l'eau et existe depuis plus d'un siècle", a déclaré Di-Jia Liu, chimiste principal à Argonne. Il détient également une nomination conjointe à la Pritzker School of Molecular Engineering de l'Université de Chicago. Les électrolyseurs à membrane échangeuse de protons (PEM) représentent une nouvelle génération de technologie pour ce procédé. Ils peuvent diviser l'eau en hydrogène et en oxygène avec une plus grande efficacité à température ambiante proche. La demande énergétique réduite en fait un choix idéal pour produire de l'hydrogène propre en utilisant des sources renouvelables mais intermittentes, telles que l'énergie solaire et éolienne. Cet électrolyseur fonctionne avec des catalyseurs séparés pour chacune de ses électrodes (cathode et anode). Le catalyseur de cathode produit de l'hydrogène, tandis que le catalyseur d'anode forme de l'oxygène. Un problème est que le catalyseur d'anode utilise de l'iridium, qui a un prix actuel sur le marché d'environ 5,000 XNUMX $ l'once. Le manque d'approvisionnement et le coût élevé de l'iridium constituent un obstacle majeur à l'adoption généralisée des électrolyseurs PEM. L'ingrédient principal du nouveau catalyseur est le cobalt, qui est nettement moins cher que l'iridium. "Nous avons cherché à développer un catalyseur d'anode à faible coût dans un électrolyseur PEM qui génère de l'hydrogène à haut débit tout en consommant un minimum d'énergie", a déclaré Liu. "En utilisant le catalyseur à base de cobalt préparé par notre méthode, on pourrait supprimer le principal goulot d'étranglement des coûts de production d'hydrogène propre dans un électrolyseur." Giner Inc., une société de recherche et développement de premier plan travaillant à la commercialisation d'électrolyseurs et de piles à combustible, a évalué le nouveau catalyseur à l'aide de ses stations d'essai d'électrolyseurs PEM dans des conditions de fonctionnement industrielles. Les performances et la durabilité dépassent de loin celles des catalyseurs des concurrents. Il est important de faire progresser les performances du catalyseur en comprenant le mécanisme de réaction à l'échelle atomique dans les conditions de fonctionnement de l'électrolyseur. L'équipe a déchiffré les changements structurels critiques qui se produisent dans le catalyseur dans des conditions de fonctionnement en utilisant des analyses aux rayons X à l'Advanced Photon Source (APS) à Argonne. Ils ont également identifié les principales caractéristiques du catalyseur à l'aide de la microscopie électronique à Sandia Labs et au Center for Nanoscale Materials (CNM) d'Argonne. L'APS et le CNM sont tous deux des installations d'utilisateurs du DOE Office of Science. "Nous avons imagé la structure atomique à la surface du nouveau catalyseur à différents stades de préparation", a déclaré Jianguo Wen, scientifique des matériaux à Argonne. De plus, la modélisation informatique au Berkeley Lab a révélé des informations importantes sur la durabilité du catalyseur dans des conditions de réaction. La réalisation de l'équipe est un pas en avant dans l'initiative Hydrogen Energy Earthshot du DOE, qui imite les États-Unis "Moon Shot" du programme spatial des années 1960. Son objectif ambitieux est de réduire le coût de la production d'hydrogène vert à un dollar par kilogramme en une décennie. La production d'hydrogène vert à ce prix pourrait remodeler l'économie nationale. Les applications incluent le réseau électrique, la fabrication, le transport et le chauffage résidentiel et commercial.

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• La source: https://www.nanowerk.com/news2/green/newsid=63079.php