Des chercheurs de Stanford ont mis au point un moyen de produire de l'hydrogène à l'aide de l'énergie solaire, électrodes et de l'eau salée de la baie de San Francisco.

Les résultats, publié le 18 mars dans Actes de l'Académie nationale des sciences , démontrer une nouvelle façon de séparer l'hydrogène et l'oxygène gazeux de l'eau de mer via l'électricité. Les méthodes existantes de fractionnement de l'eau reposent sur de l'eau hautement purifiée, qui est une ressource précieuse et coûteuse à produire.

Théoriquement, pour alimenter les villes et les voitures, "il faut tellement d'hydrogène qu'il n'est pas concevable d'utiliser de l'eau purifiée, " dit Hongjie Dai, J.G. Jackson et C.J. Wood, professeur de chimie à Stanford et co-auteur principal de l'article. "Nous avons à peine assez d'eau pour nos besoins actuels en Californie."

L'hydrogène est une option intéressante pour le carburant car il n'émet pas de dioxyde de carbone, dit Dai. La combustion d'hydrogène ne produit que de l'eau et devrait atténuer l'aggravation des problèmes de changement climatique.

Dai a déclaré que son laboratoire a montré une preuve de concept avec une démo, mais les chercheurs laisseront aux fabricants le soin de mettre à l'échelle et de produire en masse le design.

Combattre la corrosion

En tant que concept, diviser l'eau en hydrogène et oxygène avec de l'électricité, appelée électrolyse, est une idée simple et ancienne :une source d'alimentation se connecte à deux électrodes placées dans l'eau. À la mise sous tension, de l'hydrogène gazeux sort de l'extrémité négative - appelée cathode - et de l'oxygène respirable émerge à l'extrémité positive - l'anode.

Mais le chlorure chargé négativement dans le sel d'eau de mer peut corroder l'extrémité positive, limitant la durée de vie du système. Dai et son équipe voulaient trouver un moyen d'empêcher ces composants d'eau de mer de briser les anodes immergées.

Les chercheurs ont découvert que s'ils recouvraient l'anode de couches riches en charges négatives, les couches repoussaient le chlorure et ralentissaient la décomposition du métal sous-jacent.

Ils ont déposé de l'hydroxyde de nickel-fer sur du sulfure de nickel, qui recouvre une âme en mousse de nickel. La mousse de nickel agit comme un conducteur - transportant l'électricité de la source d'alimentation - et l'hydroxyde de nickel-fer déclenche l'électrolyse, séparer l'eau en oxygène et hydrogène. Pendant l'électrolyse, le sulfure de nickel évolue en une couche chargée négativement qui protège l'anode. Tout comme les extrémités négatives de deux aimants se poussent l'une contre l'autre, la couche chargée négativement repousse le chlorure et l'empêche d'atteindre le métal du noyau.

Sans le revêtement chargé négativement, l'anode ne fonctionne que 12 heures environ en eau de mer, selon Michael Kenney, un étudiant diplômé du laboratoire Dai et co-auteur principal de l'article. "L'électrode entière s'effondre en un crumble, " dit Kenney. " Mais avec cette couche, il est capable d'aller plus de mille heures."

Des études antérieures tentant de séparer l'eau de mer pour en faire du carburant hydrogène avaient utilisé de faibles quantités de courant électrique, car la corrosion se produit à des courants plus élevés. Mais Daï, Kenney et leurs collègues ont pu conduire jusqu'à 10 fois plus d'électricité grâce à leur appareil multicouche, ce qui l'aide à produire de l'hydrogène à partir de l'eau de mer à un rythme plus rapide.

"Je pense que nous avons établi un record sur le courant pour diviser l'eau de mer, " dit Dai.

Les membres de l'équipe ont effectué la plupart de leurs tests dans des conditions de laboratoire contrôlées, où ils pourraient réguler la quantité d'électricité entrant dans le système. Mais ils ont également conçu une machine de démonstration à énergie solaire qui produisait de l'hydrogène et de l'oxygène gazeux à partir d'eau de mer collectée dans la baie de San Francisco.

Et sans risque de corrosion par les sels, l'appareil correspondait aux technologies actuelles qui utilisent de l'eau purifiée. "Ce qui est impressionnant dans cette étude, c'est que nous avons pu fonctionner à des courants électriques identiques à ceux utilisés dans l'industrie aujourd'hui, " dit Kenney.

Étonnamment simple

Regarder en arrière, Dai et Kenney peuvent voir la simplicité de leur conception. "Si nous avions une boule de cristal il y a trois ans, ça aurait été fait en un mois, " dit Dai. Mais maintenant que la recette de base pour l'électrolyse à l'eau de mer est établie, la nouvelle méthode ouvrira des portes pour augmenter la disponibilité du carburant hydrogène alimenté par l'énergie solaire ou éolienne.

À l'avenir, la technologie pourrait être utilisée à des fins autres que la production d'énergie. Étant donné que le processus produit également de l'oxygène respirable, des plongeurs ou des sous-marins pourraient apporter des appareils dans l'océan et générer de l'oxygène en dessous sans avoir à faire surface pour l'air.

En matière de transfert de technologie, "on pourrait simplement utiliser ces éléments dans les systèmes d'électrolyseurs existants et cela pourrait être assez rapide, " a déclaré Dai. " Ce n'est pas comme partir de zéro, c'est plutôt à partir de 80 ou 90 pour cent. "