La transition vers un système énergétique durable nécessite des techniques pour convertir l’énergie durable, comme l’énergie solaire, en carburants, comme l’hydrogène. Ceci est important pour le stockage de l’énergie et les applications qui ne peuvent pas encore se passer d’électricité, comme les avions.
L’hydrogène peut déjà être produit de manière durable, par exemple en utilisant l’énergie des panneaux solaires pour alimenter un électrolyseur qui divise l’eau liquide en hydrogène et en oxygène. « Mais c’est encore trop cher pour concurrencer la production actuelle d’hydrogène à partir de gaz naturel », déclare l’ingénieur chimiste Kevin Sivula de l’Université technique de Lausanne en Suisse. « C’est pourquoi nous étudions des techniques qui pourraient être moins coûteuses. »
Les chercheurs de l’Université technique de Lausanne ont maintenant franchi une étape importante à cet égard. Ils ont développé des électrodes poreuses et transparentes, de sorte que la lumière du soleil et l’eau de l’air puissent atteindre le semi-conducteur pour initier une réaction photoélectrochimique qui produit de l’hydrogène. Les résultats sont tombés mercredi dans la revue Matériaux avancés.
Cela n’était auparavant pas possible car les électrodes requises n’étaient pas suffisamment transparentes pour laisser passer la lumière du soleil pour la réaction photoélectrochimique.
« L’avantage de notre système est que nous n’utilisons pas d’eau liquide », explique Sivula. Dans les systèmes qui utilisent de l’eau liquide, vous ne pouvez pas simplement jeter l’eau d’un lac ou d’un océan. Vous devez d’abord le purifier. Sivula : « Nous n’avons pas ce problème parce que nous laissons l’eau se condenser dans l’air. Cela produit immédiatement de l’eau propre.
Éponge électrochimique
La base des électrodes transparentes est une sorte de laine de verre que les chercheurs compriment et chauffent pour en faire une structure compacte et spongieuse. Ils appliquent ensuite un matériau transparent et électriquement conducteur – une combinaison délicate. Ensuite, ils le recouvrent d’un semi-conducteur absorbant la lumière. Ils ajoutent un catalyseur qui permet à la réaction de production d’hydrogène d’avoir lieu.
Cet ensemble est poreux, de sorte qu’il y a suffisamment de surface sur laquelle la vapeur d’eau peut se déposer. Et il est suffisamment transparent pour laisser passer la lumière du soleil pour la réaction photoélectrochimique. Des tests avec un prototype à petite échelle montrent que ce système produit bien de l’hydrogène gazeux.
Les chercheurs ne se sont pas encore penchés sur l’humidité minimale requise. « Une humidité plus élevée, comme sous les tropiques ou au-dessus de la mer, donne probablement les meilleurs résultats », explique Sivula. « Mais même dans le désert, il y a suffisamment d’eau dans l’air pour produire de l’hydrogène. »
De plus, l’appareil est destiné à tirer parti des conditions changeantes du jour et de la nuit. La nuit, lorsqu’il se refroidit et que l’humidité relative augmente, le système peut absorber l’eau de l’air pour produire de l’hydrogène pendant la journée lorsque le soleil brille.
Efficacité encore trop faible
Un avenir dans lequel ces appareils produiront de l’hydrogène à grande échelle et à moindre coût est encore loin, admet Sivula. « Nous avons maintenant un système peu coûteux et évolutif. Mais l’efficacité est encore trop faible.
Le prototype avait une efficacité d’environ 1 % pour convertir la lumière du soleil en hydrogène. Cela doit être au moins dix fois mieux avant que ce soit commercialement intéressant.
Joost Reek, professeur de chimie à l’Université d’Amsterdam et non impliqué dans la recherche, est d’accord : « Il a encore besoin d’être optimisé et développé, mais il semble prometteur.
« Théoriquement, cela semble possible », déclare Sivula. Il reste encore beaucoup à optimiser en termes de matériaux et de construction. Les futures expériences devront montrer si les chercheurs peuvent augmenter l’efficacité sans devenir incontrôlables.