Une nouvelle façon de générer de l’hydrogène à partir de l’eau de mer

La division de l’eau en hydrogène et oxygène présente une alternative aux combustibles fossiles, mais l’eau purifiée est une ressource précieuse. Une équipe dirigée par Stanford a mis au point un moyen d'exploiter l'eau de mer – la source la plus abondante sur Terre – pour produire de l'énergie chimique.

Des chercheurs de Stanford ont mis au point un moyen de générer de l'hydrogène en utilisant l'énergie solaire, des électrodes et de l'eau salée de la baie de San Francisco.

Hongjie Dai et son laboratoire de recherche de l'Université de Stanford ont développé un prototype capable de générer de l'hydrogène à partir de l'eau de mer. (Crédit image : avec l'aimable autorisation de H. Dai, Yun Kuang, Michael Kenney)

Les résultats, publiés le 18 mars dans Proceedings of the National Academy of Sciences, démontrent une nouvelle façon de séparer l’hydrogène et l’oxygène gazeux de l’eau de mer via l’électricité. Les méthodes existantes de fractionnement de l’eau reposent sur de l’eau hautement purifiée, qui constitue une ressource précieuse et coûteuse à produire.

Théoriquement, pour alimenter les villes et les voitures, « il faut tellement d'hydrogène qu'il n'est pas concevable d'utiliser de l'eau purifiée », ont déclaré Hongjie Dai, JG Jackson et CJ Wood, professeur de chimie à la School of Humanities and Sciences de Stanford et co-auteur principal de l'étude. papier. « Nous avons à peine assez d’eau pour nos besoins actuels en Californie. »

L'hydrogène est une option intéressante comme carburant car il n'émet pas de dioxyde de carbone, a déclaré Dai. La combustion d’hydrogène ne produit que de l’eau et devrait atténuer l’aggravation des problèmes liés au changement climatique.

Dai a déclaré que son laboratoire avait démontré une preuve de concept avec une démonstration, mais que les chercheurs laisseraient aux fabricants le soin de mettre à l'échelle et de produire en masse la conception.

En tant que concept, diviser l’eau en hydrogène et oxygène avec de l’électricité – appelé électrolyse – est une idée simple et ancienne : une source d’énergie se connecte à deux électrodes placées dans l’eau. Lorsque l’appareil est sous tension, de l’hydrogène gazeux jaillit de l’extrémité négative – appelée cathode – et de l’oxygène respirable émerge par l’extrémité positive – l’anode.

Mais le chlorure chargé négativement dans le sel d'eau de mer peut corroder l'extrémité positive, limitant ainsi la durée de vie du système. Dai et son équipe voulaient trouver un moyen d'empêcher ces composants d'eau de mer de détruire les anodes immergées.

Les chercheurs ont découvert que s’ils recouvraient l’anode de couches riches en charges négatives, ces couches repoussaient le chlorure et ralentissaient la décomposition du métal sous-jacent.

Ils ont superposé de l'hydroxyde de nickel et de fer sur du sulfure de nickel, qui recouvre un noyau en mousse de nickel. La mousse de nickel agit comme un conducteur – transportant l’électricité de la source d’énergie – et l’hydroxyde de nickel et de fer déclenche l’électrolyse, séparant l’eau en oxygène et hydrogène. Lors de l'électrolyse, le sulfure de nickel évolue vers une couche chargée négativement qui protège l'anode. Tout comme les extrémités négatives de deux aimants se poussent l’une contre l’autre, la couche chargée négativement repousse le chlorure et l’empêche d’atteindre le métal du noyau.

Sans le revêtement chargé négativement, l'anode ne fonctionne que pendant environ 12 heures dans l'eau de mer, selon Michael Kenney, étudiant diplômé du laboratoire Dai et co-auteur principal de l'article. "L'électrode entière s'effondre en morceaux", a déclaré Kenney. "Mais avec cette couche, il est capable de tenir plus de mille heures."

Des études antérieures tentant de diviser l’eau de mer pour produire de l’hydrogène avaient utilisé de faibles quantités de courant électrique, car la corrosion se produisait à des courants plus élevés. Mais Dai, Kenney et leurs collègues ont pu conduire jusqu'à 10 fois plus d'électricité grâce à leur dispositif multicouche, ce qui l'aide à générer plus rapidement de l'hydrogène à partir de l'eau de mer.

"Je pense que nous avons établi un record de courant pour diviser l'eau de mer", a déclaré Dai.

Les membres de l'équipe ont effectué la plupart de leurs tests dans des conditions de laboratoire contrôlées, où ils ont pu réguler la quantité d'électricité entrant dans le système. Mais ils ont également conçu une machine de démonstration à énergie solaire qui produisait de l'hydrogène et de l'oxygène à partir de l'eau de mer collectée dans la baie de San Francisco.

Et sans risque de corrosion due aux sels, l’appareil correspond aux technologies actuelles utilisant de l’eau purifiée. "Ce qui est impressionnant dans cette étude, c'est que nous avons pu fonctionner avec des courants électriques identiques à ceux utilisés aujourd'hui dans l'industrie", a déclaré Kenney.