Des chercheurs de la Northwestern University ont mis au point une méthode très efficace, méthode respectueuse de l'environnement pour convertir l'ammoniac en hydrogène. Décrit dans une publication récente dans la revue Joule , la nouvelle technique est une avancée majeure pour permettre une pollution zéro, économie à l'hydrogène.

L'idée d'utiliser l'ammoniac comme vecteur pour la livraison d'hydrogène a fait son chemin ces dernières années car l'ammoniac est beaucoup plus facile à liquéfier que l'hydrogène et est donc beaucoup plus facile à stocker et à transporter. La percée technologique de Northwestern surmonte plusieurs obstacles existants à la production d'hydrogène propre à partir d'ammoniac.

"Le fléau des piles à combustible à hydrogène a été le manque d'infrastructures de livraison, " dit Sossina Hailé, auteur principal de l'étude. "Il est difficile et coûteux de transporter de l'hydrogène, mais un vaste système de distribution d'ammoniac existe déjà. Il y a des pipelines pour ça. Nous livrons beaucoup d'ammoniac dans le monde entier pour les engrais. Si vous nous donnez de l'ammoniaque, les systèmes électrochimiques que nous avons développés peuvent convertir cet ammoniac en pile à combustible, de l'hydrogène propre sur site à n'importe quelle échelle."

Haile est professeur Walter P. Murphy de science et d'ingénierie des matériaux à la McCormick School of Engineering de Northwestern avec des nominations supplémentaires en physique et chimie appliquées. Elle est également codirectrice de l'Institut universitaire pour la durabilité et l'énergie de Northwestern.

Dans l'étude, Haile et son équipe de recherche signalent qu'ils sont capables de réaliser la conversion de l'ammoniac en hydrogène en utilisant de l'électricité renouvelable au lieu de l'énergie thermique à combustible fossile, car le processus fonctionne à des températures beaucoup plus basses que les méthodes traditionnelles (250 degrés Celsius contre 500 à 600 degrés Celsius). Seconde, la nouvelle technique génère de l'hydrogène pur qui n'a pas besoin d'être séparé de l'ammoniac n'ayant pas réagi ou d'autres produits. Troisième, le procédé est efficace car tout le courant électrique fourni à l'appareil produit directement de l'hydrogène, sans aucune perte aux réactions parasites. Comme avantage supplémentaire, car l'hydrogène produit est pur, il peut être directement pressurisé pour un stockage haute densité en augmentant simplement la puissance électrique.

Pour accomplir la conversion, les chercheurs ont construit une cellule électrochimique unique avec une membrane conductrice de protons et l'ont intégrée à un catalyseur de séparation de l'ammoniac.

"L'ammoniac rencontre d'abord le catalyseur qui le sépare en azote et hydrogène, " dit Haile. " Cet hydrogène est immédiatement converti en protons, qui sont ensuite entraînés électriquement à travers la membrane conductrice de protons dans notre cellule électrochimique. En retirant continuellement l'hydrogène, nous poussons la réaction à aller plus loin qu'elle ne le ferait autrement. C'est ce qu'on appelle le principe de Le Chatelier. En éliminant l'un des produits de la réaction de séparation de l'ammoniac, à savoir l'hydrogène, nous poussons la réaction en avant, au-delà de ce que le catalyseur de séparation de l'ammoniac peut faire seul."

L'hydrogène généré par la séparation de l'ammoniac peut ensuite être utilisé dans une pile à combustible. Comme les piles, les piles à combustible produisent de l'énergie électrique en convertissant l'énergie produite par des réactions chimiques. Contrairement aux piles, les piles à combustible peuvent produire de l'électricité tant que le combustible est fourni, ne perdant jamais leur charge. L'hydrogène est un carburant propre qui, lorsqu'il est consommé dans une pile à combustible, produit de l'eau comme seul sous-produit. Cela contraste avec les combustibles fossiles, qui produisent des gaz à effet de serre qui modifient le climat, comme le dioxyde de carbone, méthane et protoxyde d'azote.

Haile prédit que la nouvelle technologie pourrait être particulièrement transformatrice dans le secteur des transports. En 2018, la circulation des personnes et des marchandises en voiture, camions, les trains, navires, les avions et autres véhicules représentaient 28 % des émissions de gaz à effet de serre aux États-Unis, plus que tout autre secteur économique selon l'Environmental Protection Agency.

« Les véhicules à batterie sont excellents, mais il y a certainement une question de gamme et d'approvisionnement en matériel, ", a déclaré Haile. "Convertir l'ammoniac en hydrogène sur place et de manière distribuée vous permettrait de vous rendre dans une station-service et d'obtenir de l'hydrogène sous pression pour votre voiture. Il existe également un intérêt croissant pour les piles à combustible à hydrogène pour l'industrie aéronautique, car les batteries sont si lourdes. »

Haile et son équipe ont réalisé des avancées majeures dans le domaine des piles à combustible au fil des ans. Comme prochaine étape dans leur travail, ils explorent de nouvelles méthodes pour produire de l'ammoniac dans le respect de l'environnement.