Une source potentielle d'énergie renouvelable est l'hydrogène gazeux produit à partir de l'eau à l'aide de la lumière du soleil. Chercheurs de l'Université de Linköping, Suède, avoir développé un matériel, carbure de silicium cubique nanoporeux, qui présente des propriétés prometteuses pour capter l'énergie solaire et séparer l'eau pour la production d'hydrogène gazeux. L'étude a été publiée dans la revue ACS Nano .

« De nouveaux systèmes énergétiques durables sont nécessaires pour relever les défis énergétiques et environnementaux mondiaux, comme l'augmentation des émissions de dioxyde de carbone et le changement climatique, " dit Jianwu Sun, maître de conférences au département de physique, Chimie et Biologie à l'Université de Linköping, qui a dirigé la nouvelle étude.

L'hydrogène a une densité énergétique trois fois supérieure à celle de l'essence. Il peut être utilisé pour produire de l'électricité à l'aide d'une pile à combustible, et les voitures à hydrogène sont déjà disponibles dans le commerce. Lorsque l'hydrogène gazeux est utilisé pour produire de l'énergie, le seul produit formé est l'eau pure. En revanche, cependant, le dioxyde de carbone est créé lorsque l'hydrogène est produit, puisque la technologie la plus couramment utilisée aujourd'hui dépend des combustibles fossiles pour le processus. Ainsi, 9 à 12 tonnes de dioxyde de carbone sont émises lorsque 1 tonne d'hydrogène gazeux est produite.

Produire de l'hydrogène gazeux en divisant des molécules d'eau à l'aide de l'énergie solaire est une approche durable qui pourrait donner de l'hydrogène gazeux à l'aide de sources renouvelables sans entraîner d'émissions de dioxyde de carbone. Un avantage majeur de cette méthode est la possibilité de convertir l'énergie solaire en carburant stockable.

"Les cellules solaires conventionnelles produisent de l'énergie pendant la journée, et l'énergie doit soit être utilisée immédiatement, ou stocké dans, par exemple, piles. L'hydrogène est une source d'énergie prometteuse qui peut être stockée et transportée au même titre que les carburants traditionnels comme l'essence et le diesel, " dit Jianwu Sun.

Ce n'est pas, cependant, une tâche facile pour diviser l'eau en utilisant l'énergie de la lumière du soleil pour donner de l'hydrogène gazeux. Pour que cela réussisse, il est nécessaire de trouver des matériaux rentables qui ont les bonnes propriétés pour la réaction dans laquelle l'eau (H2O) est divisée en hydrogène (H2) et oxygène (O2) par photo-électrolyse. L'énergie de la lumière du soleil qui peut être utilisée pour diviser l'eau est principalement sous forme de rayonnement ultraviolet et de lumière visible. Par conséquent, il faut un matériau capable d'absorber efficacement un tel rayonnement pour créer des charges pouvant être séparées et ayant suffisamment d'énergie pour diviser les molécules d'eau en gaz hydrogène et oxygène. La plupart des matériaux étudiés jusqu'à présent sont soit inefficaces dans la façon dont ils utilisent l'énergie de la lumière solaire visible (dioxyde de titane, TiO2, par exemple, n'absorbe que les rayons ultraviolets du soleil), ou n'ont pas les propriétés nécessaires pour séparer l'eau en hydrogène gazeux (par exemple, silicium, Si).

Le groupe de recherche de Jianwu Sun a étudié le carbure de silicium cubique, 3C-SiC. Les scientifiques ont produit une forme de carbure de silicium cubique qui a de nombreux pores extrêmement petits. Le matériel, qu'ils appellent 3C-SiC nanoporeux, possède des propriétés prometteuses qui suggèrent qu'il peut être utilisé pour produire de l'hydrogène gazeux à partir de l'eau en utilisant la lumière du soleil. La présente étude a été publiée dans la revue ACS Nano , et les chercheurs y montrent que ce nouveau matériau poreux peut efficacement piéger et récolter les ultraviolets et la majeure partie de la lumière solaire visible. Par ailleurs, la structure poreuse favorise la séparation des charges ayant l'énergie requise, tandis que les petits pores donnent une plus grande surface active. Cela améliore le transfert de charge et augmente le nombre de sites de réaction, augmentant ainsi encore l'efficacité de séparation de l'eau.

"Le principal résultat que nous avons montré est que le carbure de silicium cubique nanoporeux a une efficacité de séparation de charge plus élevée, ce qui rend la séparation de l'eau en hydrogène bien meilleure que lors de l'utilisation de carbure de silicium plan, " dit Jianwu Sun.