Un nouveau catalyseur utilisant un seul atome de platine pourrait simplifier le stockage de l’hydrogène pour les sources d’énergie renouvelables. Le catalyseur, développé par des scientifiques de la City University of Hong Kong (CityU) et testé par des collègues de l’Imperial College de Londres, pourrait être utilisé à moindre coût et à grande échelle.
Un nouveau catalyseur utilisant un seul atome de platine, développé par la City University de Hong Kong et testé à l'Imperial College de Londres, promet de rendre plus facile et plus économique le stockage de l'hydrogène à l'aide de sources d'énergie renouvelables. Cette innovation disperse les atomes de platine sur le sulfure de molybdène, réduisant ainsi la quantité de platine utilisée et améliorant l'efficacité de l'électrolyse.
Le co-auteur, le professeur Anthony Kucernak, du département de chimie de l'Imperial College de Londres, a déclaré : « La stratégie britannique sur l'hydrogène fixe un objectif ambitieux de 10 GW de capacité de production d'hydrogène à faible teneur en carbone d'ici 2030. Pour y parvenir, nous devons augmenter la production de stockage d'hydrogène bon marché, facile à produire et efficace.
La production d’électricité à partir de sources d’énergie renouvelables telles que l’énergie éolienne et solaire connaît une croissance rapide. Cependant, une partie de l’énergie produite doit être stockée pour être utilisée lorsque les conditions météorologiques ne sont pas propices à l’énergie éolienne et solaire. Une approche prometteuse consiste à stocker l’énergie sous forme d’hydrogène, qui peut être stockée et transportée pour une utilisation ultérieure.
Pour ce faire, les énergies renouvelables sont utilisées pour diviser les molécules d’eau en hydrogène et oxygène, l’énergie étant stockée dans les atomes d’hydrogène. Cela nécessite l’utilisation d’un catalyseur au platine pour stimuler la réaction de division des molécules d’eau, également connue sous le nom d’électrolyse. Cependant, bien que le platine soit un excellent catalyseur pour cette réaction, il est à la fois coûteux et rare. Il est donc important de minimiser son utilisation pour réduire les coûts du système et limiter l’extraction du platine.
Aujourd'hui, dans une étude récente publiée dans Nature, l'équipe a conçu et testé un catalyseur qui utilise le moins de platine possible, ce qui a permis d'obtenir une plateforme de séparation de l'eau à la fois efficace et rentable.
Le professeur Zhang Hua, chercheur principal de l'Université municipale de Hong Kong, a déclaré : « L'hydrogène produit par séparation électrocatalytique de l'eau est considéré comme l'une des sources d'énergie propre les plus prometteuses pour remplacer les combustibles fossiles dans un avenir proche et peut réduire la pollution de l'environnement et l'effet de serre. »
outils de test
L'innovation de l'équipe consiste à disperser du platine à un seul atome dans des flocons de sulfure de molybdène (MoS2). Cela utilise beaucoup moins de platine que les catalyseurs existants et améliore même les performances car le platine interagit avec le molybdène, rendant la réaction plus efficace.
La croissance de catalyseurs minces sur des supports nanofeuilles a permis à l'équipe CityU de créer des matériaux de haute pureté. Le laboratoire du professeur Kuchenak à l'Imperial a ensuite caractérisé les matériaux et développé des méthodes et des modèles pour déterminer le fonctionnement du catalyseur.
L’équipe Impériale disposait des outils nécessaires pour effectuer des tests rigoureux car elle avait développé plusieurs techniques spécifiquement pour travailler avec ce catalyseur. Le professeur Kuchenak et ses collègues ont fondé plusieurs entreprises basées sur ces technologies, dont RFCPower, spécialisée dans les batteries à flux d'hydrogène.
Utiliser de l'hydrogène
Une fois l’énergie renouvelable stockée sous forme d’hydrogène, sa réutilisation comme électricité nécessite une conversion à l’aide de piles à combustible, qui produisent de la vapeur d’eau comme sous-produit de la réaction de division de l’oxygène. Récemment, le professeur Kuchenak et ses collègues ont découvert pour cette réaction un catalyseur à un seul atome, basé sur le fer plutôt que sur le platine, ce qui réduira également le coût de la technologie.
Une autre entreprise dérivée dirigée par le professeur Kuchenak, Bramble Energy, testera la technologie dans ses piles à combustible. Ainsi, les deux catalyseurs à atome unique – l’un qui aide à convertir l’énergie renouvelable en hydrogène pour le stockage, et l’autre qui aide à libérer cette énergie plus tard sous forme d’électricité – ont le pouvoir de rapprocher l’économie de l’hydrogène de la réalité.