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L’Australie découvre un procédé permettant de réduire le coût de l’hydrogène renouvelable.

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Image: QUT (Queensland University of Technology)

 

Le professeur Anthony O’Mullane, Ummul Sultana et leurs collègues ont découvert des matériaux moins coûteux et plus efficaces pour la production d’hydrogène destiné au stockage d’énergie renouvelable qui pourraient remplacer les catalyseurs actuels de séparation de l’eau.

Le professeur Anthony O’Mullane et l’étudiant au doctorat Ummul Sultana ont démontré l’efficacité d’un système de production électrochimique d’hydrogène au cobalt, au nickel et à l’or, qui pourrait remplacer les matériaux coûteux et actuellement utilisés. L’Agence internationale de l’énergie estime que le marché mondial de l’hydrogène atteindra 155 milliards de dollars US d’ici 2022. L’Australie, avec sa main-d’œuvre techniquement qualifiée dans le secteur de l’énergie et ses vastes ressources en énergies renouvelables, est bien placée pour tirer parti de cet essor et réduire simultanément ses propres émissions de carbone dans deux grands secteurs émetteurs – la production d’électricité et les transports.

« En principe, l’hydrogène offre un moyen de stocker l’énergie propre à une échelle nécessaire pour rendre viables le déploiement de parcs solaires et éoliens à grande échelle, ainsi que l’exportation d’énergie verte », a déclaré O’Mullane, de la QUT’s School of Chimie, physique et génie mécanique.

«Cependant, ajoute-t-il, les méthodes actuelles qui utilisent des sources de carbone pour produire de l’hydrogène émettent du dioxyde de carbone, un gaz à effet de serre qui atténue les avantages de l’utilisation des énergies renouvelables» dans d’autres secteurs de l’économie.

Les méthodes de production d’hydrogène les plus abouties et les moins coûteuses actuellement en cours de développement sont la thermochimie, qui utilise des combustibles fossiles ou du gaz naturel pour produire de l’hydrogène; Cependant, selon la récente feuille de route nationale sur l’hydrogène du CSIRO, le développement de procédés électrochimiques utilisant de l’énergie à faible coût, à faibles émissions ou à émissions nulles, est en train de rattraper son retard.

La modélisation entreprise par le CSIRO montre que la production commerciale d’hydrogène thermochimique sera mise en service dans les années 2030 à un coût de 2,14 $ à 2,74 $ / kg; alors que des contrats favorables pour de l’électricité à faibles émissions pourraient mettre sur le marché des projets de démonstration électrochimiques d’un prix compris entre 2,29 et 2,79 $ / kg d’ici 2025.

Les travaux d’O’Mullane et de Sultana s’inscrivent dans le cadre d’une campagne mondiale visant à faire passer à la suprématie les prétendants électrochimiques à énergie renouvelable. L’Australie a également assisté cette année à une avancée décisive dans les travaux des chercheurs de l’Université Curtin qui utilisent des nanocristaux pour convertir l’énergie solaire en hydrogène.

Traditionnellement, les catalyseurs servant à séparer l’eau en molécules d’hydrogène et d’oxygène «impliquent des métaux précieux, tels que l’oxyde d’iridium, l’oxyde de ruthénium et le platine», explique M. O’Mullane. Et, dit-il, l’évolution de l’oxygène dans le cadre de la réaction n’est pas toujours stable, ce qui peut limiter l’efficacité du processus.

Le procédé qu’il a testé en collaboration avec Sultana utilise «deux alternatives moins chères et abondantes en terre, l’oxyde de cobalt et de nickel, avec seulement une fraction de nanoparticules d’or» – qui renforcent l’efficacité du catalyseur – «pour créer un catalyseur stable bi-fonctionnel» qui fend l’eau et produit de l’hydrogène sans émissions.

Pour le moment, dit-il, les deux réactions sont généralement activées par différents matériaux catalytiques. «Notre matériau, le système cobalt-nickel-or, peut effectuer les deux réactions: l’hydrogène d’un côté et l’oxygène de l’autre. Cela simplifie beaucoup la fabrication de l’électrolyseur. ”

L’hydrogène stocké peut être utilisé dans les piles à combustible pour le transport ou pour réinjecter de l’énergie dans le réseau lorsque cela est nécessaire pendant la demande de pointe, explique M. O’Mullane.

Le CSIRO identifie le transport à l’hydrogène comme un marché cible précoce dans le développement d’une industrie australienne de l’hydrogène, mais indique que «l’adoption de véhicules par l’Australie devra être stimulée par la mise en œuvre de normes sur les émissions des véhicules et / ou d’incitations spécifiques».

La feuille de route nationale sur l’hydrogène indique que les systèmes à hydrogène sont également capables de fournir une stabilité au réseau électrique – une charge flexible pouvant être augmentée et diminuée en fonction des besoins – mais leur principale application pour le renforcement du réseau est le stockage, pour capturer l’abondance saisonnière des énergies renouvelables variables au réseau en période de moindre disponibilité saisonnière.

La découverte de l’équipe QUT a été publiée dans la revue Advanced Functional Materials, sous le titre Gold Doping dans un système d’hydroxydes de Co-Ni en couches, via un remplacement galvanique du fractionnement électrochimique global de l’eau. En 2019, O’Mullane travaillera sur la mise à l’échelle du processus, qui consiste à «construire des électrolyseurs pour produire de l’hydrogène à une échelle raisonnable», ce qui confirme une application commerciale.

La source:

Australia’s QUT discovers process to lower the cost of renewable hydrogen

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