Les électrolyseurs à air direct pourraient produire de l’hydrogène dans des régions arides encore riches en vent et en soleil

Le moyen le plus durable de fabriquer de l’hydrogène est de séparer l’eau en utilisant de l’électricité renouvelable, mais cela nécessite un accès à l’eau douce. Maintenant, des chercheurs ont rapporté un moyen de fabriquer de l’hydrogène à partir de l’humidité de l’air.

Leur électrolyseur extrait l’humidité de l’air et la divise via une électrolyse à énergie renouvelable pour créer de l’hydrogène. Il s’agit du premier électrolyseur de ce type à produire de l’hydrogène de haute pureté (99 %) à partir d’un air dont l’humidité ne dépasse pas 4 %, explique Gang Kevin Li , professeur de génie chimique à l’ Université de Melbourne , en Australie. Ce succès pourrait ouvrir la possibilité de produire de l’hydrogène dans les régions semi-arides, qui possèdent également l’un des potentiels solaires et éoliens les plus élevés.

Des tests du prototype d’électrolyseur à air direct sur 12 jours consécutifs ont montré qu’il pouvait produire près de 750 litres d’hydrogène par jour en moyenne par mètre carré d’électrolyseur. Li et ses collègues ont rapporté les détails dans la revue Nature Communications .

L’hydrogène offre la perspective d’une énergie propre et sans émission, et l’économie de l’hydrogène s’est accélérée ces dernières années en raison de l’ augmentation du financement et des améliorations technologiques . Mais la majeure partie de l’hydrogène dans le monde aujourd’hui est encore produite à partir de gaz naturel ou de charbon. L’hydrogène vert issu de l’électrolyse est encore une technologie naissante en raison du besoin d’électrolyseurs à grande échelle.

De nombreuses équipes travaillent sur des voies alternatives pour fabriquer de l’hydrogène vert. Les dispositifs de séparation de l’eau à énergie solaire , par exemple, utilisent des photocatalyseurs, qui absorbent la lumière du soleil pour séparer l’eau en hydrogène et en oxygène, mais ont une faible efficacité solaire-hydrogène de seulement 1 %. Pour surmonter le besoin d’eau douce, il y a eu des tentatives de produire de l’hydrogène à partir d’eaux salines et saumâtres, mais les appareils doivent faire face à la contamination et au chlore en tant que sous-produit.

Li et ses collègues ont décidé d’utiliser l’humidité de l’air comme source d’eau. À l’échelle mondiale, il y a près de 13 billions de tonnes d’eau dans l’air à tout moment, disent-ils, et même les environnements secs tels que la vaste région du Sahel en Afrique ont une humidité relative moyenne de 20 %.

Pour puiser dans cette humidité, les chercheurs ont imbibé une éponge ou une mousse d’un liquide électrolytique absorbant l’eau et l’ont prise en sandwich entre deux électrodes. « L’eau extraite par l’électrolyte est spontanément transportée vers les électrodes par capillarité et électrolysée en hydrogène à la cathode et en oxygène à l’anode », explique Gang Kevin Li. « L’ensemble du processus est passif, et aucune pièce mobile ou mécanique n’est impliquée. »

Les chercheurs ont démontré l’utilisation de panneaux solaires ou d’une petite éolienne pour alimenter le module. Ils ont testé le prototype à l’intérieur et à l’extérieur pendant l’été chaud et sec de Melbourne. L’efficacité solaire-hydrogène de l’appareil est supérieure à 15%, précise Gang Kevin Li.

Pour les tests en extérieur, ils ont branché en parallèle cinq électrolyseurs qui, alimentés par le soleil, produisaient 745 L d’hydrogène par mètre carré par jour, de quoi chauffer une habitation. Ils ont également laissé le prototype fonctionner seul pendant huit mois pour démontrer sa durabilité.

Le prototype ne fait actuellement que quelques centimètres carrés. Mais au cours de l’année prochaine, grâce au financement d’investisseurs, l’équipe prévoit de fabriquer des électrolyseurs plus grands, avec des surfaces d’électrodes de 10 mètres carrés, explique Gang Kevin Li. Ils améliorent également la recette de l’électrolyte pour augmenter encore l’efficacité énergétique et le rendement, dit-il.

L’efficacité et la sortie ne doivent pas être affectées lorsque l’appareil est mis à l’échelle. Mais le principal défi auquel l’équipe est confrontée est de trouver les bons matériaux pour l’électrolyseur, dit-il. « Comment pouvons-nous le rendre moins cher et meilleur? »

https://spectrum.ieee.org/engineers-make-green-hydrogen-from-air