La technique de production d’hydrogène à partir de l’eau a été découverte en 1800. Toutefois, plus de deux siècles après ce grand progrès, cette technologie de production d’énergie propre reste encore peu exploitée. L’un des blocages du développement de cette filière est lié au procédé d’électrolyse dont le coût est élevé et l’efficacité est encore limitée. Des chercheurs de l’Université du Texas (UTEP) ont récemment trouvé une solution à ce problème. En effet, ils ont développé un matériau à base de nickel pour décomposer l’eau plus efficacement, tout en réduisant le coût. Ce nouveau catalyseur serait inspiré du figuier de Barbarie. Décryptage.
Le platine, un électro catalyseur jugé trop onéreux
Par électrolyse, les molécules d’eau sont divisées en hydrogène et en oxygène à l’aide de l’électricité. Un catalyseur doit être utilisé afin d’accélérer les réactions chimiques et la décomposition de l’eau. Les procédés actuels se servent surtout du platine qui présente cependant un certain nombre d’inconvénients. D’après Ramana Chintalapalle, professeur de génie mécanique à l’UTEP, ce matériau est coûteux. De ce fait, son utilisation à grande échelle n’est pas rentable. C’est pourquoi cette équipe de recherche a effectué une étude dédiée à la création d’un matériau catalyseur plus économique.
Le nickel, une alternative moins coûteuse
Ces chercheurs américains ont étudié le nickel afin de substituer au platine. C’est l’un des métaux les plus abondants sur Terre. Il est mille fois moins cher que le platine. Cependant, ces ingénieurs ont constaté que ce matériau n’est pas suffisamment rapide et performant pour convertir l’eau en hydrogène. Malgré cela, ils ont gardé ce métal. Navid Attarzadeh, doctorant en sciences et ingénierie de l’environnement, a déclaré être attiré par le figuier de Barbarie lors de son trajet vers le laboratoire du Centre de recherche sur les matériaux avancés de l’UTEP. Ainsi, il a fait le lien entre cette plante et le problème du nouvel électro-catalyseur à base de nickel. Il a été capté par la taille des feuilles et des fruits de ce cactus, qui est particulièrement grande par rapport à d’autres espèces végétales du désert.
La conception d’un catalyseur en forme de cactus
Dans les résultats de leur recherche, ces scientifiques ont expliqué pourquoi ils ont choisi d’imiter cette plante pour concevoir le nouveau catalyseur en nickel. En effet, ce cactus se distingue par sa durabilité et sa conception unique. Ses feuilles possèdent une surface exceptionnelle et une capacité à porter des fruits sur leurs bords. Elles sont capables d’absorber l’humidité et de résister à des environnements extrêmes. Ces chercheurs ont donc construit un électro catalyseur 3D ayant la même architecture que cette succulente particulièrement résistante. Avec sa structure à l’échelle nanométrique, ce nouveau matériau est composé de deux compartiments de plaques Ni5P4-Ni2P et de nanofeuilles de NiS. L’équipe a testé maintes fois sa capacité à accélérer la séparation des molécules d’eau. Les résultats étaient prometteurs, selon le professeur Chintalapalle.
L’hydrogène, une énergie sans émission
Ce catalyseur à base de nickel en forme de cactus constitue une découverte fondamentale, selon ces scientifiques texans. Le processus est encore perfectible afin de produire de l’hydrogène propre, sans générer de gaz à effet de serre. En favorisant la production et l’utilisation de cette énergie verte, il sera possible d’éliminer notre empreinte carbone. Le travail de recherche de ces ingénieurs se poursuit actuellement, en vue d’affiner cette innovation. Il est financièrement soutenu par la National Science Foundation. Plus d’informations : ACS Publications