L'hydrogène est un composant essentiel dans la fabrication de milliers de produits courants, du plastique aux engrais, mais produire de l'hydrogène pur est coûteux et énergivore. Maintenant, une équipe de recherche de l'Université de Princeton a exploité la lumière du soleil pour isoler l'hydrogène des eaux usées industrielles.

Dans un article publié le 19 février dans la revue Sciences de l'énergie et de l'environnement , les chercheurs ont signalé que leur processus a doublé le taux actuellement accepté pour les technologies évolutives qui produisent de l'hydrogène en divisant l'eau.

La technique utilise une chambre spécialement conçue avec une interface en silicium noir "fromage suisse" pour diviser l'eau et isoler l'hydrogène gazeux. Le processus est facilité par des bactéries qui génèrent du courant électrique lors de la consommation de matière organique dans les eaux usées; le courant, à son tour, facilite le processus de fractionnement de l'eau.

L'équipe, dirigé par Zhiyong Jason Ren, professeur de génie civil et environnemental et du Centre Andlinger pour l'énergie et l'environnement, ont choisi les eaux usées des brasseries pour le test. Ils ont fait passer les eaux usées à travers la chambre, utilisé une lampe pour simuler la lumière du soleil, et regardé la décomposition des composés organiques et l'hydrogène bouillonnant.

Le procédé « nous permet de traiter les eaux usées et de générer simultanément des carburants, " dit Jing Gu, co-chercheur et professeur adjoint de chimie et de biochimie à l'Université d'État de San Diego.

Les chercheurs ont déclaré que la technologie pourrait plaire aux raffineries et aux usines chimiques, qui produisent généralement leur propre hydrogène à partir de combustibles fossiles, et font face à des coûts élevés pour le nettoyage des eaux usées.

Historiquement, la production d'hydrogène repose sur le pétrole, gaz ou charbon, et une méthode énergivore qui consiste à traiter le stock d'hydrocarbures à la vapeur. Les fabricants de produits chimiques combinent ensuite l'hydrogène gazeux avec du carbone ou de l'azote pour créer des produits chimiques de grande valeur, comme le méthanol et l'ammoniac. Les deux sont des ingrédients dans les fibres synthétiques, engrais, plastiques et produits d'entretien, parmi d'autres biens du quotidien.

Bien que l'hydrogène puisse être utilisé comme carburant pour les véhicules, l'industrie chimique est actuellement le plus gros producteur et consommateur d'hydrogène. La production de produits chimiques dans les pays hautement industrialisés nécessite plus d'énergie que la production de fer, acier, métaux et aliments, selon un rapport de 2016 de l'Energy Information Administration des États-Unis. Le rapport estime que la production de produits chimiques de base continuera d'être le premier consommateur industriel d'énergie au cours des deux prochaines décennies.

"C'est une situation gagnant-gagnant pour les industries chimiques et autres, " dit Lu Lu, le premier auteur de l'étude et chercheur associé au Centre Andlinger. "Ils peuvent économiser sur le traitement des eaux usées et économiser sur leur consommation d'énergie grâce à ce processus de création d'hydrogène."

Selon les chercheurs, c'est la première fois que les eaux usées sont réelles, pas des solutions de laboratoire, a été utilisé pour produire de l'hydrogène par photocatalyse. L'équipe a produit le gaz en continu pendant quatre jours jusqu'à épuisement des eaux usées, ce qui est important, les chercheurs ont dit, parce que des systèmes comparables qui produisent des produits chimiques à partir de l'eau ont historiquement échoué après quelques heures d'utilisation. Les chercheurs ont mesuré la production d'hydrogène en surveillant la quantité d'électrons produits par les bactéries, ce qui est directement corrélé à la quantité d'hydrogène produite. La mesure était à l'extrémité supérieure pour des expériences de laboratoire similaires et, Ren a dit, deux fois plus élevé que les technologies avec un potentiel d'évolutivité pour une utilisation industrielle.

Ren a déclaré qu'il considérait cette technologie comme évolutive car la chambre utilisée pour isoler l'hydrogène est modulaire, et plusieurs peuvent être empilés pour traiter plus d'eaux usées et produire plus d'hydrogène.

Bien qu'une analyse du cycle de vie n'ait pas encore été effectuée, les chercheurs ont déclaré que le processus serait au moins neutre en énergie, sinon à énergie positive, et élimine le besoin de combustibles fossiles pour créer de l'hydrogène.

Les chercheurs ont déclaré qu'ils expérimenteraient probablement la production de plus grandes quantités d'hydrogène et d'autres gaz à l'avenir, et nous sommes impatients de transférer cette technologie à l'industrie.