L’hydrogène est un carburant propre et renouvelable qui a le potentiel d’alimenter nos maisons et nos entreprises et de nous aider à réduire notre dépendance aux combustibles fossiles. Cependant, produire de l’hydrogène peut s’avérer un défi, notamment de manière rentable et durable.

Une approche prometteuse de la production d’hydrogène consiste à utiliser du silicium. Le silicium est un matériau semi-conducteur abondant dans la croûte terrestre. Lorsqu’il est exposé à l’eau, le silicium peut produire de l’hydrogène gazeux grâce à un processus appelé division photoélectrochimique de l’eau (PEC).

Dans la division de l'eau PEC, l'énergie lumineuse est absorbée par le semi-conducteur de silicium, ce qui crée un courant électrique. Ce courant entraîne la division des molécules d’eau en hydrogène et oxygène gazeux.

L'efficacité de la division de l'eau PEC dépend de plusieurs facteurs, notamment le type de silicium utilisé, la source de lumière et la conception des cellules. Cependant, les chercheurs ont fait des progrès significatifs pour améliorer l’efficacité de ce processus ces dernières années.

En 2017, une équipe de chercheurs du California Institute of Technology (Caltech) a signalé un nouveau type de photoélectrode en silicium qui a atteint un rendement de conversion solaire en hydrogène de 12,4 %. Il s’agit du rendement le plus élevé jamais enregistré pour un système de séparation d’eau PEC à base de silicium.

Les chercheurs de Caltech ont utilisé un type spécial de silicium appelé silicium noir, dont la surface rugueuse aide à absorber plus de lumière. Ils ont également utilisé une source de lumière concentrée et une cellule spécialement conçue pour améliorer l’efficacité du processus.

Le développement de ce nouveau type de photoélectrode en silicium constitue une avancée significative dans la recherche d’une production d’hydrogène rentable et durable. Avec la poursuite de la recherche et du développement, la séparation de l’eau PEC pourrait un jour devenir une source majeure d’énergie propre et renouvelable.

Avantages de l'utilisation du silicium pour la production d'hydrogène

L’utilisation du silicium pour la production d’hydrogène présente plusieurs avantages, notamment :

* Abondance : Le silicium est le deuxième élément le plus abondant dans la croûte terrestre, après l'oxygène. Cela signifie qu’il s’agit d’un matériau facilement disponible et peu coûteux.

* Stabilité : Le silicium est un matériau très stable, ce qui le rend bien adapté à une utilisation dans des environnements difficiles.

* Non toxique : Le silicium est non toxique, ce qui signifie qu’il ne présente aucun risque pour la santé humaine ou l’environnement.

* Haute efficacité : Les systèmes de séparation d’eau PEC à base de silicium peuvent atteindre des rendements élevés, ce qui signifie qu’ils peuvent produire beaucoup d’hydrogène avec une petite quantité d’énergie.

Les défis liés à l'utilisation du silicium pour la production d'hydrogène

L’utilisation du silicium pour la production d’hydrogène présente également certains défis, notamment :

* Coût élevé : Le silicium est un matériau relativement coûteux, ce qui peut rendre difficile la production d’hydrogène à grande échelle.

* Absorption lumineuse limitée : Le silicium n’absorbe pas très bien la lumière, ce qui signifie qu’il peut être difficile de générer suffisamment d’électricité pour piloter le processus de division de l’eau.

* Corrosion : Le silicium peut se corroder en présence d'eau, ce qui peut réduire l'efficacité et la durée de vie des systèmes de séparation d'eau PEC.

Orientations de recherche

Les chercheurs s’efforcent de surmonter les défis liés à l’utilisation du silicium pour la production d’hydrogène. Certaines des directions de recherche les plus prometteuses comprennent :

* Développement de nouveaux types de matériaux en silicium qui absorbent plus efficacement la lumière et sont moins sensibles à la corrosion.

* Amélioration de la conception des cellules pour augmenter l'efficacité du processus de division de l'eau.

* Réduire le coût des systèmes de séparation d'eau PEC à base de silicium.

Avec la poursuite des recherches et du développement, la division de l’eau PEC à base de silicium pourrait un jour devenir une source majeure d’énergie propre et renouvelable.