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Hydrogène propre grâce à l'énergie solaire

Mis à jour le 13/12/2012

L'hydrogène est l'atome le plus répandu de l'univers, mais il n'existe pas à l'état pur et il faut le fabriquer avant l'utiliser. Ainsi, l'hydrogène n'est pas une source d'énergie mais un vecteur.

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Le vecteur "hydrogène" est intéressant à trois conditions: qu'il soit d'origine renouvelable, qu'il puisse être stocké et ensuite distribué à des conditions économiques raisonnables.Les vrais défis sont l'extraction d'hydrogène propre et son stockage de manière sûre et économique.

Stocker le surplus d'énergie éolienne, solaire ou géothermique sous forme d'hydrogène est possible mais des chercheurs mettent en lumière deux filières propres très séduisantes. 


Deux approches technologiques

  • La première consiste à réaliser une photolyse de l'eau. Cette conversion directe recourt à des photo-catalyseurs à semi-conducteurs immergés dans un électrolyte aqueux ou dans l'eau. 
  • La deuxième approche est biologique. Elle vise à imiter ou à améliorer ce que font naturellement certains micro-organismes, comme les algues ou les bactéries. Les voies synthétiques ou biologiques offrent le moyen le plus élégant et le plus économique de produire de l'hydrogène en grandes quantités; car l'énergie solaire est inépuisable, et sa disponibilité spatiale compense les faibles rendements.

Une course scientifique majeure s'est engagée au sein des chercheurs du monde, qui avance à grands pas grâce aux nanotechnologies. Mais disposer de l'hydrogène est une chose; savoir la stocker de manière rationnelle et à des coûts économiques s'avère tout aussi important. Cette course vers l'hydrogène "propre" devient passionnante.


Société Nanoptek

Nanoptek est une entreprise américaine qui a mis au point une méthode de production d'hydrogène à moindre coût, grâce à l'énergie solaire. 

Nanoptek affirme que son procédé peut rivaliser avec la production d'hydrogène à partir de gaz naturel (la méthode la moins chère utilisée actuellement) et ce, sans produire de gaz à effet de serre.

Le procédé utilise le titane, modifié pour absorber la lumière du soleil. Avec cette méthode, l'hydrogène peut être produit à faible coût à proximité de son lieu d'utilisation, limitant ainsi les dépenses énergétiques supplémentaires.


Hydrosol

Hydrosol est un programme de recherche piloté par l'agence aérospatiale allemande (DLR) depuis 2002.

Le procédé présente l'avantage de séparer l'hydrogène et l'oxygène de l'eau par voie thermochimique, sans passer par la production d'électricité. L'élément clé du dispositif est une structure alvéolaire en céramique, recouverte d'un matériau se liant facilement aux atomes d'oxygène. La réaction chimique de séparation a lieu à des températures relativement faibles, accessibles aux technologies solaires concentrées.

Une centrale solaire à tour d'une puissance de 100 kWth implantée sur la plate-forme solaire d'Alméria, en Espagne a servi pour l'expérimentation.  Le DLR se dit très satisfait des premiers résultats obtenus et les prochaines étapes consisteront à intensifier la production en améliorant le rendement des matériaux. Dès à présente, une puissance d'1 MW est envisagée.


HydroFILL

HydroFILL est un appareil qui se branche sur un panneau solaire ou une prise de courant électrique, afin d'extraire l'hydrogène contenu dans le réservoir d'eau intégré. L'hydrogène obtenu est ensuite stocké sous forme solide dans de petites cartouches rechargeables (HydroSTIK) et réutilisables à volonté.

C'est le premier générateur à hydrogène portable à usage domestique. La cartouche de stockage est faîte d'un alliage métallique spécifique qui absorbe l'hydrogène à travers une structure cristalline. 

Les HydroSTIK une fois chargés sont retirés de l'HydroFILL et peuvent alors être inséré dans un autre dispositif munit d'une pile à combustible. L'hydrogène stocké est libéré à basse pression.

L'HydroFILL consomme 60 Watts par heure pour produire 10 litres (0,001 kg) d'hydrogène. En sortie, les MiniPak génèrent 2.5W (5V, 400mA) de puissance DC.


Electrolyseur PEM GENHY multistacks

L'électrolyseur PEM GENHY multistacks à régulation de charge a été conçu par la société CETH (Compagnie Européenne des Technologies de l'Hydrogène) pour fonctionner avec une alimentation intermittente. Il est de ce fait parfaitement adapté au stockage des énergies renouvelables. 

En transformant l'énergie électrique en hydrogène et oxygène propre, ce procédé technologique répond aux besoins des industriels mais également aux nouveaux enjeux énergétiques et environnementaux.


Cellule photoélectrochimique

La cellule photoélectrochimique (PEC) développée par l'équipe de Kevin Sivula à l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) est capable de produire directement de l'hydrogène à partir d'eau. Le prototype tire parti des principes de la cellule solaire à colorant, inventée par Michael Grätzel (voir plus haut) combinée à un semi-conducteur à base d'oxydes.

Le dispositif est entièrement intégré. Les électrons produits sont utilisés pour libérer l'oxygène et l'hydrogène de l'eau. Dans le même bain, deux couches distinctes sont chargées de générer des électrons une fois stimulées par la lumière, avec un semi-conducteur capable de libérer l'oxygène, et une cellule à colorant, qui a pour tâche de libérer l'hydrogène.

Article mis à jour le 13/12/2012

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