Une nouvelle méthode produit de l'hydrogène à partir de l'énergie solaire et des déchets agricoles

Les ingénieurs de l'Université de l'Illinois à Chicago ont contribué à concevoir une nouvelle méthode permettant de produire de l'hydrogène gazeux à partir de l'eau en utilisant uniquement l'énergie solaire et les déchets agricoles, tels que le fumier ou les balles. La méthode réduit de 600 % l’énergie nécessaire pour extraire l’hydrogène de l’eau, créant ainsi de nouvelles opportunités pour une production chimique durable et respectueuse du climat.

Les carburants à base d’hydrogène sont l’une des sources d’énergie propre les plus prometteuses. Mais la production d’hydrogène gazeux pur est un processus énergivore qui nécessite souvent du charbon ou du gaz naturel et de grandes quantités d’électricité.

Dans un article pour Rapports cellulaires Sciences physiquesune équipe multi-institutionnelle dirigée par l'ingénieur de l'UIC Meenesh Singh dévoile le nouveau procédé de production d'hydrogène vert.

La méthode utilise une substance riche en carbone appelée biochar pour réduire la quantité d’électricité nécessaire à la conversion de l’eau en hydrogène. En utilisant des sources d’énergie renouvelables telles que l’énergie solaire ou éolienne et en capturant les sous-produits pour d’autres utilisations, le processus peut réduire les émissions de gaz à effet de serre à zéro.

“Nous sommes le premier groupe à montrer qu'il est possible de produire de l'hydrogène en utilisant de la biomasse à une fraction de volt”, a déclaré Singh, professeur agrégé au département de génie chimique. “C'est une technologie transformatrice.”

L'électrolyse, le processus de division de l'eau en hydrogène et oxygène, nécessite un courant électrique. À l’échelle industrielle, des combustibles fossiles sont généralement nécessaires pour produire cette électricité.

Récemment, des scientifiques ont réduit la tension nécessaire à la division de l'eau en introduisant une source de carbone dans la réaction. Mais ce processus utilise également du charbon ou des produits chimiques coûteux et libère du dioxyde de carbone comme sous-produit.

Singh et ses collègues ont modifié ce processus pour utiliser à la place la biomasse provenant de déchets courants. En mélangeant de l'acide sulfurique avec des déchets agricoles, des déchets animaux ou des eaux usées, ils créent une substance semblable à une boue appelée biochar, riche en carbone.

L’équipe a expérimenté différents types de biocharbon fabriqués à partir d’enveloppes de canne à sucre, de déchets de chanvre, de déchets de papier et de fumier de vache. Lorsqu’elles sont ajoutées à la chambre d’électrolyse, les cinq variétés de biocharbon réduisent la puissance nécessaire pour convertir l’eau en hydrogène. Le produit le plus performant, la bouse de vache, a divisé par six les besoins électriques, à environ un cinquième de volt.

Les besoins énergétiques étaient suffisamment faibles pour que les chercheurs puissent alimenter la réaction avec une cellule solaire au silicium standard générant environ 15 milliampères de courant à 0,5 volt. C'est moins que la quantité d'énergie produite par une pile AA.

“C'est très efficace, avec près de 35 % de conversion du biochar et de l'énergie solaire en hydrogène”, a déclaré Rohit Chauhan, co-auteur et chercheur postdoctoral au laboratoire de Singh. “Il s'agit de chiffres records du monde ; c'est le plus élevé jamais atteint.”

Pour rendre le processus net zéro, il doit capter le dioxyde de carbone généré par la réaction. Mais Singh a déclaré que cela pourrait également avoir des avantages environnementaux et économiques, tels que la production de dioxyde de carbone pur pour carbonater les boissons ou sa conversion en éthylène et en d'autres produits chimiques utilisés dans la fabrication du plastique.

“Cela diversifie non seulement l'utilisation des biodéchets, mais permet également la production propre de différents produits chimiques au-delà de l'hydrogène”, a déclaré Nishithan Kani, diplômé de l'UIC, co-auteur principal de l'article. “Cette manière peu coûteuse de produire de l'hydrogène pourrait permettre aux agriculteurs de devenir autonomes pour leurs besoins énergétiques ou de créer de nouvelles sources de revenus.”

Orochem Technologies Inc., qui a parrainé la recherche, a déposé des brevets sur ses procédés de production de biocharbon et d'hydrogène, et l'équipe de l'UIC prévoit de tester les méthodes à grande échelle.

Outre Singh, Kani et Chauhan, l'article a été co-écrit par Rajan Bhawnani, étudiant diplômé de l'UIC. D'autres co-auteurs viennent de l'Université de Stanford, de la Texas Tech University, de l'Indian Institute of Technology Roorkee, de l'Université de Corée et d'Orochem Technologies Inc.