Hydrogène : Pousser vers la production de H2 vert
Le désir de passer à des sources d'énergie durables et de réduire les émissions de carbone connaît une croissance exponentielle. Des sources d'énergie renouvelables à faible coût (p. ex. solaire, éolienne, hydroélectrique) sont développées et déployées dans le monde entier.
Cependant, ces sources sont variables par nature, ce qui signifie qu'il faut investir dans le stockage de l'énergie qui peut durer non seulement quelques heures, mais des jours, voire des saisons. L'un des modes de stockage de l'énergie les plus prometteurs est la conversion de l'électricité propre et renouvelable en hydrogène. L'hydrogène est généralement généré à l'aide d'énergie verte par électrolyse, la séparation de l'hydrogène de l'eau au sein de l'eau, qui n'émet aucun CO2 et est donc du "H2 vert".
Développement de l'hydrogène vert
Le développement, l'utilisation et l'investissement dans les énergies vertes sont en hausse dans le monde entier. Le ministère de l'Énergie des États-Unis souligné les avantages de l'hydrogène dans le secteur des énergies propres, en déclarant : "L'hydrogène peut être produit au niveau national... lorsqu'il est utilisé pour alimenter des véhicules électriques à pile à combustible hautement efficaces, l'hydrogène promet de contribuer à renforcer la sécurité énergétique nationale, à conserver le carburant et à diversifier nos options énergétiques en matière de transport pour un système plus résilient."
Recherche sur l'hydrogène
L'intérêt pour l'hydrogène en tant que source d'énergie renouvelable a a existé pendant des décenniesmais ce n'est que récemment que la recherche et les investissements ont décollé. Une initiative, Initiative Green Hydrogen CatapultL'objectif est de multiplier par 50 la production de H2 vert au cours des prochaines années, à un coût d'environ $2/kg. L'objectif étendu est de $1/kg. Comme le H2 vert peut être utilisé comme remplacement de l'énergie et des carburants pour les VE, le chauffage, l'électricité et éventuellement les trains, les avions et les autobus, l'expansion de Green H2 devrait couvrir jusqu'à 12% de la consommation mondiale d'énergie d'ici 2050. L'utilisation généralisée du Green H2 pourrait modifier les relations mondiales avec le système énergétique.
Récupération de l'hydrogène
Cependant, la récupération de l'hydrogène pour l'utilisation énergétique est une solution traditionnellement coûteuse. Les électrolyseurs alcalins liquides (AEL) sont utilisés depuis plus de 100 ans. Cependant, ils souffrent d'un fonctionnement à faible densité de courant (ce qui implique des systèmes de grande taille) et de certains problèmes de sécurité inhérents à l'utilisation de caustique concentré. Les électrolyseurs d'eau à membrane échangeuse de protons (PEMEL) sont apparus comme une option plus compacte. Cependant, ils nécessitent l'utilisation de matériaux coûteux et rares, tels que le platine et l'iridium, et certains se demandent si cette technologie est vraiment évolutive. Cependant, de nouvelles recherches sur une méthode différente indiquent que ces matériaux pourraient ne pas être nécessaires après tout.
Production d'hydrogène par électrolyseurs
Les électrolyseurs d'eau à membrane échangeuse d'anions (AEMELs) promettent de combiner les avantages des AELs et des PEMELs. Ils utilisent une membrane échangeuse d'anions (MEA) qui agit comme un séparateur entre le H2 et l'O2 produits. Elles fonctionnent à un pH élevé, ce qui implique moins de restrictions sur le matériau utilisé, ce qui signifie que des métaux à faible coût peuvent être utilisés comme catalyseurs et composants de la pile. Les membranes ont également tendance à être à base d'hydrocarbures et non de fluor, ce qui signifie que leur production est moins coûteuse et plus respectueuse de l'environnement. Plus précisément, les AEMEL permettent d'utiliser l'acier inoxydable ou le nickel comme matériaux alternatifs plus abordables et plus abondants, d'où la collaboration entre Technetics et l'Université de Caroline du Sud (UofSC).
Nouveaux développements dans la production d'hydrogène
William E. Mustain, Ph.D., professeur de génie chimique à l'UofSC, et une équipe de chercheurs, dont des membres de l'équipe de l Technetics Groupa réalisé une série d'expériences sur 14 couches de transport poreuses (PTL) commerciales et précommerciales dans l'anode AEMEL. Les PTL ont été fabriquées en acier inoxydable et en alliages de nickel. L'objectif principal était de déterminer les propriétés permettant d'obtenir les meilleures performances possibles de l'AEMEL, c'est-à-dire un fonctionnement à basse tension et la production de H2 vert avec un faible apport énergétique. Dans le cadre de l'étude, onze des PTL - y compris celle qui a obtenu les meilleures performances - ont été développées sur mesure par Technetics Group.
L'équipe Technetics/USC a mis au point un Hastelloy PTL avec une épaisseur inférieure à 300 microns (< 0,3 mm) et une densité comprise entre 60-65% qui produiraient les meilleurs résultats pour la séparation de l'hydrogène. Ainsi, le Feltmetal FM515 de Technetics Groups a été laminé à une épaisseur produisant une densité dans la fourchette souhaitée. Ces propriétés ont permis d'obtenir une faible résistance électrique, une faible résistance de contact et un transport optimal de l'eau et de l'oxygène, tout en restant une surface souhaitable pour le dépôt d'une couche de catalyseur. La PTL la plus performante a atteint une tension de fonctionnement de seulement 1,64 V pour un courant de fonctionnement de 1,0 A/cm2, et la tension de fonctionnement était toujours de 1,64 V. < 2 V à 3,5 A/cm2. Et les cellules ont atteint de faibles taux de dégradation de la tension. Il s'agit de résultats très prometteurs qui figurent parmi les meilleurs rapportés à ce jour pour tout système d'électrolyseur.
