Pour faciliter ensuite la libération de l'hydrogène, des chercheurs de l'Institut de chimie inorganique de l'Université de Kiel (CAU) et leurs partenaires de coopération ont développé un catalyseur plus actif et plus rentable. Les résultats ont été obtenus dans le cadre du projet phare sur l'hydrogène TransHyDE et ont récemment été publiés dans Nature Communications. .

La capacité de stocker l’énergie éolienne ou solaire joue un rôle clé dans la transition énergétique. "Le stockage de l'énergie sous forme de composés chimiques tels que l'hydrogène présente de nombreux avantages. La densité énergétique est élevée et l'industrie chimique a également besoin d'hydrogène pour de nombreux processus", explique Malte Behrens, professeur de chimie inorganique à l'université de Kiel. De plus, « l'hydrogène vert » peut être produit par électrolyse à partir d'électricité issue de sources d'énergie renouvelables sans produire de CO₂ .

Une infrastructure pour l'ammoniac existe déjà

Mais transporter de l’hydrogène directement depuis des régions où l’énergie éolienne et solaire est bon marché n’est pas facile. Une alternative intéressante est la conversion chimique en ammoniac. L'ammoniac lui-même contient une quantité relativement élevée d'hydrogène et une infrastructure bien développée pour son transport outre-mer existe déjà.

"L'ammoniac peut être facilement liquéfié pour le transport, est déjà produit à l'échelle d'une mégatonne et expédié et commercialisé dans le monde entier", explique le Dr Shilong Chen, responsable du sous-projet de Kiel dans le projet TransHyDE "AmmoRef".

Les deux scientifiques du domaine de recherche prioritaire du CAU, KiNSIS (Kiel Nano, Surface and Interface Science), collaborent avec des collègues de Berlin, Essen, Karlsruhe et Mülheim/Ruhr. Ensemble, ils étudient comment l'hydrogène peut être libéré de manière catalytique à partir de l'ammoniac après le transport. Leur catalyseur nouvellement développé accélère considérablement cette réaction.

AmmoRef est l'un des dix projets TransHyDE. Les scientifiques d'un total de huit institutions travaillent sur divers sous-projets visant à améliorer les technologies de transport de l'hydrogène. Les résultats seront intégrés dans les recommandations pour l'infrastructure nationale de l'hydrogène.

La combinaison de métaux rend le catalyseur très actif

"Un catalyseur accélère une réaction chimique et est donc directement responsable de l'efficacité des processus chimiques et de la conversion d'énergie", explique Behrens. Plus le processus de reformage de l'ammoniac est rapide, plus les pertes de conversion causées par le stockage chimique de l'hydrogène dans l'ammoniac sont faibles.

"Notre catalyseur présente deux caractéristiques particulières", explique Chen. "Premièrement, il est composé de métaux de base relativement peu coûteux, le fer et le cobalt. Deuxièmement, nous avons développé un processus de synthèse spécial qui permet une charge métallique très élevée de ce catalyseur."

Jusqu'à 74 % du matériau est constitué de nanoparticules métalliques actives, disposées entre les particules de support de manière à former des cavités à l'échelle nanométrique, ressemblant à une nano-éponge métallique poreuse. "La combinaison des deux métaux dans un alliage est également cruciale", explique Behrens. À eux seuls, les deux métaux sont moins actifs sur le plan catalytique. La combinaison crée des surfaces bimétalliques hautement actives avec des propriétés qui ne sont autrement connues que de métaux précieux beaucoup plus chers.

"Nous continuerons à étudier ce catalyseur au sein du consortium AmmoRef, dans lequel participent également des entreprises industrielles, et à le transférer de la recherche fondamentale à l'application", déclare Behrens en annonçant les prochaines étapes. À cette fin, l'équipe de Kiel va maintenant travailler à l'intensification de la synthèse.