L’électrolyseur évoque l’hydrogène de l’air fin pour l’énergie verte

Un électrolyseur prototype a récupéré l’eau de l’air, l’a séparée et collecté l’hydrogène pour l’énergie verte. L’appareil était alimenté par l’énergie solaire et peut fonctionner dans de l’air sec avec seulement 4 % d’humidité.

«Il s’agit du premier électrolyseur capable de produire de l’hydrogène de haute pureté directement à partir de l’air», déclare Gang Kevin Li, ingénieur chimiste à l’université de Melbourne, en Australie. Un prototype a fonctionné pendant 12 jours d’affilée, avec une efficacité faradique de 95 %, avec cinq électrolyseurs parallèles. Il ne nécessitait aucune eau liquide.

Le groupe de Melbourne, en collaboration avec une équipe de l’université de Manchester, a noté que l’appareil pourrait fournir de l’hydrogène dans des environnements extrêmement arides où l’eau se fait rare. Par exemple, l’humidité moyenne au Sahel est d’environ 20 % et d’environ 21 % à Uluru dans le désert central de l’Australie.

La plate-forme a généré 745 litres d’hydrogène/m2 de cathode par jour lorsqu’il est alimenté par du photovoltaïque standard. L’eau a été captée directement de l’atmosphère à Melbourne, sans besoin d’électricité.

Un support poreux, tel qu’une éponge de mélamine ou une mousse de verre fritté, était trempé dans un électrolyte tel que l’acétate de potassium, l’hydroxyde de potassium (KOH) ou l’acide sulfurique. Le milieu imbibé d’électrolyte qui fonctionnait le mieux était le KOH entre les électrodes en mousse de nickel.

L’eau a été absorbée dans le KOH. Une fois qu’une tension de 2,5 à 3 V a été appliquée, l’eau a été divisée en protons et en ions hydroxyde. Les protons se déplacent vers la cathode et forment de l’hydrogène, tandis que de l’oxygène se forme à l’anode.

L’acide sulfurique a également été essayé comme électrolyte et était excellent pour absorber l’eau. Mais cela dégradait progressivement l’éponge de mélamine et nécessitait des mousses de verre fritté et des électrodes à mailles de platine, ce qui augmentait le coût et la complexité.

Un problème avec l’électrolyte KOH est que le dioxyde de carbone présent dans l’air réagit avec KOH, le convertissant en K2CO3et éventuellement KHCO3. « Nous avons maintenant une nouvelle recette qui tolère le CO2‘, dit Li.

Schème

Les chercheurs notent que la séparation directe de l’eau salée génère des produits chlorés, alors que d’autres approches telles que l’utilisation d’une structure métallo-organique pour générer uniquement de l’eau douce sont complexes et coûteuses. «Cette technologie résout un problème d’inadéquation géographique entre les sources d’énergie renouvelables et une source d’eau, car la zone solaire ne dispose pas d’eau douce pour l’hydrolyse», déclare Li.

« La nouveauté de cette étude est la conception astucieuse du séparateur entre la cathode et l’anode qui fonctionne à la fois comme un absorbeur d’humidité qui fournit de l’eau directement à partir de l’air et comme l’électrolyte qui transporte les ions entre les deux électrodes pour fermer le circuit électrique entre elles. », commente Avner Rothschild, scientifique des matériaux au Technion, en Israël.

Il note cependant qu’il existe « un compromis intrinsèque entre la quantité d’humidité absorbée par l’appareil, qui évolue avec l’épaisseur de la mousse de verre, et la résistance électrique – dite résistance série – de la mousse séparant le électrodes. Ce compromis se traduit par une faible efficacité.

Rothschild s’interroge sur son efficacité par rapport à d’autres stratégies. Faire le plein d’une voiture pour parcourir environ 600 km nécessite 4 kg d’hydrogène. Sa production nécessite 36 litres d’eau, ce qui équivaut à environ la moitié de l’absorption d’eau dans [a] douche rapide (6 minutes), note-t-il. « Je pense qu’il faut se poser la question de savoir si le développement d’un nouveau [direct air capture] une technologie beaucoup moins efficace que l’électrolyse conventionnelle est vraiment nécessaire.

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