Une équipe de recherche composée du NIMS et de l'Institut de technologie de Tokyo a identifié des matériaux capables de catalyser la conversion de l'ortho-hydrogène en para-hydrogène. Ces catalyseurs devraient être essentiels à la généralisation du transport/stockage de masse de l’hydrogène liquide. La recherche est publiée dans la revue Exploration .
L’hydrogène est de plus en plus accepté comme source d’énergie alternative aux combustibles fossiles. Sa liquéfaction (à des températures inférieures à -253°C sous des pressions supérieures à une atmosphère) peut réduire considérablement son volume, le rendant ainsi adapté au transport et au stockage. Molécules d'hydrogène (H2 )—chacun composé de deux atomes d'hydrogène—existe sous deux formes isomères :ortho- et para-H2 .
Dans des conditions normales, ortho- et para-H2 sont présents dans un rapport de 3:1, avec ortho-H2 légèrement plus instable énergétiquement que le para-H2 . Refroidissement progressif de H2 à sa température de liquéfaction provoque tout ortho-H2 convertir en para-H2 , produisant du H2 liquide stable .
Refroidissement rapide de H2 sous haute pression - nécessaire à la liquéfaction - retarde la conversion ortho-en-para pendant le processus de refroidissement, laissant des quantités considérables d'ortho-H2 dans le liquide H2 produit. L'ortho-H2 résiduel les molécules continuent de s'isomériser en para-H2 pendant le stockage, déclenchant une vaporisation partielle du liquide H2 et entraînant une perte significative de H2 et de l'énergie.
Le choix de catalyseurs appropriés avant le processus de liquéfaction peut résoudre ce problème en raison de la conversion ortho-para accélérée. Cependant, les catalyseurs existants étaient incapables d'accélérer de manière adéquate la conversion et il était donc souhaitable d'en développer des plus efficaces.
Cette équipe de recherche a évalué la capacité de plus de 170 matériaux solides, notamment des métaux et des cristaux ioniques, à catalyser la conversion ortho-para. L'équipe a découvert que l'oxyde de manganèse (Mn3 O4 ) et l'oxyde de cobalt (CoO) présentaient des performances catalytiques nettement supérieures à celles des catalyseurs conventionnels à base d'oxyde de fer. De plus, l'équipe a identifié des facteurs majeurs influençant les activités catalytiques de ces matériaux dans l'accélération de la conversion ortho-para.
La liquéfaction de l'hydrogène est cruciale pour le transport maritime d'hydrogène sur de longues distances depuis les principaux producteurs/exportateurs d'hydrogène (en particulier l'Australie et le Moyen-Orient) vers les importateurs d'hydrogène, comme le Japon.
Les directives de conception des catalyseurs et les catalyseurs hautes performances développés dans ce projet de recherche devraient grandement aider le Japon à avancer dans son plan visant à mettre en pratique le concept d'économie de l'hydrogène.
Plus d'informations : Hideki Abe et al, Exploration d'un catalyseur hétérogène pour la conversion ortho‐para de l'hydrogène moléculaire, Exploration (2023). DOI :10.1002/EXP.20230040
Fourni par l'Institut national pour la science des matériaux
