Un pas de plus vers une conversion facile (et propre) de l'eau en hydrogène

Aujourd’hui indissociable de la transition énergétique, l'hydrogène est souvent brandi comme l'un des meilleurs espoirs pour remplacer les combustibles fossiles polluants. Un optimisme sur le long terme qui repose sur ses qualités principales, à savoir un approvisionnement potentiellement illimité et une vaste gamme d'applications industrielles et énergétiques allant des cellules de batterie de voiture à la fabrication d'ammoniac.

Mais certaines avancées scientifiques sont encore nécessaires pour que cette énergie passe de « prometteuse » à « viable » : l'hydrogène se trouve principalement dans l'eau ; or, le processus chimique pour le transformer en carburant n’est pas encore efficace. Il est donc généralement fabriqué à partir de gaz naturels comme le méthane, selon un processus plus polluant et non durable qui implique la libération de dioxyde de carbone, paradoxale avec l'objectif initial.

Une nouvelle étude, menée notamment par des chercheurs de l’Université d’État de l'Oregon et l'Université de Zurich, a fait appel à des outils technologiques de pointe pour augmenter l'efficacité de la conversion de l'eau en hydrogène. Les résultats laissent entrevoir la possibilité d'un hydrogène « vert » disponible en abondance. Petit tour d’horizon de leurs recherches :

• La fabrication d'hydrogène à partir de l'eau (aussi appelée « fractionnement » ou « craquage de l'eau ») est inefficace car les électrocatalyseurs utilisés n’affichent qu’une faible conversion. Une partie de la réaction présente en effet un « surpotentiel » élevé, ce qui signifie que déclencher une réaction chimique grâce à l'électricité nécessite une tension plus élevée. Les électrocatalyseurs sont essentiels pour réduire cette surtension.
• Produire des électrocatalyseurs efficaces a toujours été une tâche ardue pour les scientifiques notamment à cause du manque d'informations sur leur évolution au cours des réactions. Pour leur travail, les scientifiques ont utilisé des outils avancés pour étudier davantage l'un de ces éléctrocatalyseurs : l'iridate de strontium (SrIrO3), afin de comprendre pourquoi son taux de conversion est 1 000 fois plus élevé que le catalyseur commercial le plus commun, l'oxyde d'iridium (IrO₂).
• L'étude a ainsi permis de mieux déterminer ce qui fait de l'iridate de strontium un si bon catalyseur. Elle souligne notamment le rôle critique de processus chimiques comme l'activation de l'oxygène du réseau ou de la diffusion ionique couplée dans l'évolution de sa microstructure. Cette recherche ouvre de nouvelles pistes à la conception de meilleurs catalyseurs pour « fractionner » l'eau, mais aussi à l’amélioration de l'efficacité sur l'ensemble de la réaction – et, à terme, la concrétisation de la production en masse d'hydrogène vert.

L’OEIL DE L’EXPERT ENGIE

L’avancée peut paraître modeste, mais comme l’explique Pierre Olivier, ingénieur de recherche auprès du Lab Hydrogène au ENGIE Lab CRIGEN, elle est cruciale :

« Les travaux présentés concernent l’étude de l’évolution de la microstructure d’un type de catalyseur utilisé pour la production d’hydrogène par électrolyse de l’eau. Mieux comprendre comment évolue cette microstructure (à l’échelle atomique) est fondamental afin d’optimiser les catalyseurs en question et ainsi augmenter significativement l’efficacité de conversion de l’électricité (renouvelable) en hydrogène. Et à ce titre, ces travaux sont très intéressants. Pour autant, il y a encore beaucoup de chemin à parcourir afin que cette compréhension puisse être “exploitable” pour la conception de catalyseurs intégrables dans des systèmes d’électrolyse industriels ».