Dans le récit d'aujourd'hui sur le changement climatique, la pollution, et la diminution des ressources, un carburant pourrait changer la donne dans le secteur de l'énergie :l'hydrogène. Lorsqu'il est brûlé dans un moteur à combustion ou dans une centrale électrique, l'hydrogène ne produit que de l'eau, ce qui la rend beaucoup plus propre que nos combustibles fossiles actuels. Sans production de gaz toxique, aucune contribution au changement climatique, et pas de smog, l'hydrogène peut être la réponse à un avenir d'énergie plus propre, alors pourquoi n'est-il pas plus largement utilisé ?

Il y a deux raisons à cela. D'abord, l'hydrogène est hautement inflammable et s'échappe très facilement des réservoirs de stockage, provoquant des risques d'explosion pendant le stockage et le transport. Seconde, bien que l'hydrogène pur se produise naturellement sur Terre, on ne le trouve pas en quantités suffisantes pour une utilisation rentable. Les atomes d'hydrogène doivent être extraits de molécules comme le méthane ou l'eau, qui nécessite une grande quantité d'énergie. Bien qu'il existe plusieurs techniques pour produire de l'hydrogène carburant, les scientifiques n'ont pas encore rendu ce processus suffisamment « efficace » pour faire de l'hydrogène un carburant commercialement compétitif sur le marché de l'énergie. Jusqu'à ce que cela soit atteint, les combustibles fossiles continueront probablement de dominer l'industrie.

Depuis des décennies, les scientifiques ont travaillé à un bon marché, efficace, et un moyen sûr de produire de l'hydrogène carburant. L'une des méthodes les plus prometteuses pour y parvenir consiste à utiliser des processus solaires, utiliser la lumière pour accélérer (ou « catalyser ») la réaction pour diviser les molécules d'eau en oxygène et hydrogène gazeux. Dans les années 1970, deux scientifiques ont décrit l'effet Honda-Fujishima, qui utilise le dioxyde de titane comme photocatalyseur dans la production d'hydrogène. Fort de cette recherche, une équipe de chercheurs japonais dirigée par le professeur Ken-ichi Katsumata de l'Université des sciences de Tokyo, cherché à utiliser un moins cher, catalyseur semi-conducteur plus facilement disponible pour cette réaction, dans l'espoir d'augmenter encore son efficacité, réduire les coûts de production et la sécurité de l'hydrogène carburant. Leur étude publiée dans Chimie :une revue européenne indique que, en utilisant une forme de rouille appelée α-FeOOH, la production d'hydrogène sous l'irradiation d'une lampe Hg-Xe peut être 25 fois supérieure à celle du catalyseur au dioxyde de titane sous la même lumière.

L'expérience menée par le professeur Katsumata et ses collègues visait à relever les défis courants rencontrés lors de l'utilisation de catalyseurs semi-conducteurs dans la production d'hydrogène à énergie solaire. Trois obstacles majeurs sont décrits par les auteurs. Le premier est la nécessité pour le matériau catalyseur d'être adapté à l'utilisation de l'énergie lumineuse. La seconde est que la plupart des photocatalyseurs actuellement utilisés nécessitent des métaux rares ou "nobles" comme cocatalyseurs, qui sont chers et difficiles à obtenir. Le dernier problème provient de la production réelle d'hydrogène et d'oxygène gazeux. S'il n'est pas séparé tout de suite, le mélange de ces deux gaz peut au mieux réduire la production d'hydrogène en carburant, et au pire, provoquer une explosion. Par conséquent, ils visaient à trouver une solution qui puisse non seulement augmenter l'efficacité de la réaction, mais aussi avec succès empêcher l'hydrogène et l'oxygène de se recoupler et de créer un danger potentiel.

L'équipe a identifié un catalyseur candidat prometteur en α-FeOOH (ou rouille) et a mis en place une expérience pour évaluer son efficacité pour la production d'hydrogène et les conditions expérimentales optimales pour son activation. "Nous avons été vraiment surpris de la génération d'hydrogène à l'aide de ce catalyseur, " déclare le professeur Katsumata, "parce que la plupart des oxydes de fer ne sont pas connus pour se réduire en hydrogène. Par la suite, nous avons recherché la condition d'activation du α-FeOOH et avons trouvé que l'oxygène était un facteur indispensable, ce qui était la deuxième surprise car de nombreuses études ont montré que l'oxygène supprime la production d'hydrogène en capturant les électrons excités. montrant que le -FeOOH était 25 fois plus actif que le catalyseur au dioxyde de titane utilisé dans les recherches précédentes, soutenir une production d'hydrogène stable pendant plus de 400 heures !

Des recherches supplémentaires seront nécessaires pour optimiser ce processus. Le professeur Katsumata précise :« La fonction spécifique de l'oxygène dans l'activation du -FeOOH induit par la lumière n'a pas encore été dévoilée. Par conséquent, explorer le mécanisme est le prochain défi." Pour l'instant, ces découvertes de Katsumata et de ses collègues représentent de nouvelles avancées dans la production d'un source d'énergie zéro émission qui sera au cœur des sociétés durables de demain !