Un nouvel appareil peut produire de l'hydrogène lorsqu'il est immergé dans l'eau salée

John Timmer - 30 novembre 2022 à 21h55 UTC

Les énergies renouvelables étant de moins en moins chères, il existe une volonté croissante de trouver des moyens de les stocker de manière économique. Les batteries peuvent gérer les flux de production à court terme, mais peuvent ne pas être en mesure de gérer les déficits à long terme ou les changements saisonniers de la puissance de sortie. L’hydrogène est l’une des nombreuses options envisagées qui pourraient servir de pont à long terme entre des périodes de forte productivité renouvelable.

Mais l’hydrogène comporte ses propres problèmes. L’obtenir en divisant l’eau est assez inefficace, du point de vue énergétique, et la stocker pendant de longues périodes peut s’avérer difficile. La plupart des catalyseurs de production d'hydrogène fonctionnent également mieux avec de l'eau pure, ce qui n'est pas nécessairement facile à obtenir car le changement climatique aggrave l'intensité des sécheresses.

Un groupe de chercheurs basés en Chine a développé un appareil capable de produire de l'hydrogène au démarrage avec de l'eau de mer. En fait, l'appareil doit être placé dans l'eau de mer pour fonctionner. Le concept clé pour le faire fonctionner sera familier à quiconque comprend le fonctionnement de la plupart des vêtements imperméables.

Les vêtements imperméables et respirants reposent sur une membrane aux pores soigneusement structurés. La membrane est constituée d'un matériau qui repousse l'eau. Il a des pores, mais ils sont trop petits pour laisser passer l’eau liquide. Mais ils sont suffisamment gros pour que les molécules d’eau individuelles puissent les traverser. En conséquence, l’eau présente à l’extérieur du vêtement reste là, mais la transpiration qui s’évapore à l’intérieur s’écoule toujours à travers le tissu et se dirige vers le monde extérieur. Le tissu respire ainsi.

Une membrane similaire est au cœur du fonctionnement du nouveau dispositif. Il empêche l’eau liquide de traverser la membrane mais laisse passer la vapeur d’eau. La grande différence est qu’il y a de l’eau liquide des deux côtés de la membrane.

À l’extérieur, il y a de l’eau de mer, avec sa collection habituelle de sels. À l’intérieur se trouve une solution concentrée d’un seul sel – de l’hydroxyde de potassium (KOH) dans ce cas – compatible avec le processus d’électrolyse produisant de l’hydrogène. Immergé dans la solution de KOH se trouve un ensemble d'électrodes qui produisent de l'hydrogène et de l'oxygène de chaque côté d'un séparateur, gardant ainsi les flux de gaz purs.

Alors, que se passe-t-il une fois que le matériel commence à fonctionner ? À mesure que l'eau à l'intérieur de l'appareil est divisée, produisant de l'hydrogène et de l'oxygène, les niveaux d'eau réduits augmentent la concentration de la solution de KOH (qui était au départ beaucoup plus concentrée que l'eau de mer). Cela rend énergétiquement favorable le déplacement de l’eau à travers la membrane depuis l’eau de mer pour diluer le KOH. Et grâce aux pores, cela est possible, mais seulement si l'eau se déplace sous forme de vapeur.

En conséquence, l’eau existe brièvement au stade vapeur à l’intérieur de la membrane, puis retourne rapidement à l’état liquide une fois à l’intérieur de l’appareil. Tout le mélange complexe de sels présents dans l’eau de mer est laissé à l’extérieur de la membrane et un apport constant d’eau douce est fourni aux électrodes qui la divisent. Surtout, tout cela se déroule sans la consommation d’énergie normalement impliquée dans le dessalement, ce qui rend le processus global plus économe en énergie que le nettoyage de l’eau destinée à être utilisée dans un électrolyseur standard.

Tout cela semble bien en principe, mais est-ce que cela fonctionne réellement ? Pour le savoir, l’équipe a assemblé un appareil et l’a utilisé sur l’eau de mer de la baie de Shenzhen (une crique au nord de Hong Kong et de Macao). Et, selon presque toutes les mesures de performance raisonnables, cela a bien fonctionné.

Il a conservé ses performances même après 3 200 heures d’utilisation, et la microscopie électronique de la membrane après utilisation a indiqué que les pores restaient débouchés à ce stade. Le KOH utilisé pour le système n’était pas complètement pur et contenait donc de faibles niveaux d’ions présents dans l’eau de mer. Mais ces niveaux n’ont pas augmenté avec le temps, confirmant que le système maintenait l’eau de mer hors de la chambre d’électrolyse. En termes de puissance, le système consommait autant d'énergie qu'un électrolyseur standard, confirmant que la purification de l'eau n'exigeait aucun coût énergétique.