Des chercheurs découvrent un moyen de produire de l'hydrogène et de purifier l'eau en même temps

Un catalyseur abordable et facile à produire alimente un nouveau processus qui pourrait révolutionner les solutions énergétiques hors réseau.

24 avril 2023 Par Adrianna MacPherson

Dans une pile à combustible utilisant le nouveau catalyseur découvert par des chercheurs de l'Université de l'Alberta, l'eau fournie réagit avec le catalyseur pour produire de l'hydrogène et de l'eau potable. (Photo : Matériaux de matière noire)

Des chercheurs de l'Université de l'Alberta ont développé un nouveau catalyseur qui pourrait révolutionner la façon dont nous produisons de l'électricité et purifions l'eau. Lorsqu’il est placé dans n’importe quel type d’eau et doté d’une petite quantité d’énergie, le catalyseur produit de l’hydrogène qui peut être introduit dans une pile à combustible pour produire de l’électricité avec de l’eau distillée potable.

Le catalyseur a été découvert presque entièrement par hasard lorsque Robin Hamilton créait une électrode pour un étudiant de premier cycle travaillant sur un projet de valorisation des déchets de biomasse. Il a mélangé une combinaison de poudres et les a laissées reposer toute la nuit dans l'eau, avec l'intention de terminer la cellule le lendemain. À son retour le matin, le mélange bouillonnait – une réaction tout à fait inhabituelle.

« En fin de compte, lorsque vous mélangez ces deux choses, elles interagissent, elles travaillent ensemble et de l’hydrogène se dégage. Cela nous a sidérés », explique Hamilton, chercheur associé principal au Département de chimie.

Hamilton a consulté les professeurs de chimie Jeff Stryker et Jonathan Veinot, partageant cette découverte inattendue et s'appuyant sur leurs expertises respectives. L’équipe s’est rapidement rendu compte qu’elle avait entre les mains quelque chose de remarquable : la combinaison spécifique de poudres pourrait servir de nouveau type de catalyseur.

Le catalyseur qu’ils ont créé est fabriqué avec un matériau non toxique et abondant. Il est facile et peu coûteux à produire, ce qui en fait une alternative abordable et accessible aux catalyseurs actuels sur le marché, qui nécessitent des matériaux coûteux et en quantité limitée.

Leur catalyseur peut également être utilisé avec n’importe quel type d’eau, un autre facteur qui lui confère un avantage sur les méthodes actuelles de génération d’hydrogène, comme l’électrolyse de l’eau.

« Il y a une pénurie d'eau potable et c'est le plus gros problème avec l'électrolyse de l'eau pour produire de l'hydrogène : il faut utiliser de l'eau propre », explique Hamilton. « Avec ça, tu ne le fais pas. Nous prenons quelque chose de sale, que vous ne pouvez pas boire, et produisons de l'hydrogène et de l'électricité dans une pile à combustible. Et il crache de l’eau que vous pouvez boire.

« Vous pourriez transformer les bassins de résidus des sables bitumineux en carburant utilisable tout en purifiant l’eau. Cela semble trop beau pour être vrai, mais ce n'est pas le cas », ajoute Veinot.

En plus du fait que le catalyseur constitue une nette amélioration par rapport aux catalyseurs actuellement disponibles, il transforme également ce qui est généralement un processus à forte intensité énergétique en quelque chose qui peut être réalisé avec des températures beaucoup plus basses et un apport énergétique moindre.

Le nouveau procédé piloté par catalyseur génère également peu d’oxygène, ce qui le rend moins volatil que les méthodes actuelles. Comme l'explique Hamilton, lors de l'utilisation d'une pile à combustible à hydrogène, la méthode la plus courante pour générer de l'hydrogène consiste à utiliser l'électrolyse de l'eau. Ce processus divise l’eau en hydrogène et oxygène, les sépare, puis les recombine dans la pile à combustible pour produire de l’électricité.

« Vous mélangez de l'hydrogène et de l'oxygène et atteignez certaines concentrations, c'est un mélange explosif. Il faut donc les séparer pour pouvoir l'utiliser en toute sécurité. Grâce à notre méthode, nous séquestrons l'oxygène sans ces coûteux séparateurs à membrane qui sont normalement utilisés, et nous pouvons générer de l'hydrogène et le faire passer directement dans la pile à combustible. Vous n'êtes pas obligé de le séparer », explique Hamilton.

« Pensez à ce que votre tuyau d'arrosage vous fournisse l'eau qui peut être convertie essentiellement à la demande en carburant que vous souhaitez. Cela supprime le transport, cela supprime le stockage, cela supprime les possibilités explosives négatives », ajoute Veinot.

Les chercheurs cherchent initialement à concevoir des dispositifs hors réseau qui pourraient aider les communautés éloignées ou contribuer aux secours en cas de catastrophe, lorsque l'accès au gaz naturel et à l'eau potable pose problème. Ils envisagent un système tout-en-un relativement compact et facile à utiliser – « un peu comme un SodaStream, mais au lieu d'éjecter du CO2 pour obtenir votre boisson gazeuse, c'est de l'hydrogène dégazé qui entre dans votre pile à combustible. pour produire votre électricité », explique Hamilton.