Energie
Hydrogène : ce nouveau catalyseur low-cost mise sur le cobalt
Aux Etats-Unis, une équipe de l'Argonne National Laboratory (ANL) a mis au point un catalyseur bon marché à base de cobalt. Utilisable pour la production d'hydrogène dans un électrolyseur d'eau à membrane échangeuse de protons (PEM), il doit permettre de baisser le prix des électrolyseurs.
« Nous avons cherché à développer un catalyseur d'anode à faible coût dans un électrolyseur PEM qui génère de l'hydrogène à haut débit tout en consommant un minimum d'énergie. En utilisant le catalyseur à base de cobalt préparé par notre méthode, il est possible d'éliminer le principal goulot d'étranglement que constitue le coût de la production d'hydrogène propre dans un électrolyseur ». Comme le souligne, Di-Jia Liu, chimiste principal à l’ANL, les électrolyseurs à membrane échangeuse de protons fonctionnent avec des catalyseurs distincts pour chacune des électrodes et jusqu’alors les composés chimiques utilisés sont extrêmement onéreux et rares.
A titre d’exemple, le catalyseur de l'anode (qui forme l’oxygène, la cathode produisant l’hydrogène) utilise de l'iridium, dont le prix de marché actuel est d'environ 5.000 dollars les 28 grammes. Le manque d'approvisionnement et le coût élevé de l'iridium constituent un obstacle majeur à l'adoption généralisée des électrolyseurs PEM.
Le laboratoire a donc engagé des recherches pour exploiter un matériau moins cher, le cobalt, dont les propriétés devaient, à priori, correspondre aux contraintes fonctionnelles de l’anode. Couronnées de succès, les différentes expérimentations viennent de permettre à l’ANL de mettre au point un nouveau catalyseur au cobalt nettement moins coûteux que l’iridium.
Pour parvenir à ces résultats, l’équipe a dû comprendre le mécanisme d’électrolyse de l’hydrogène à l'échelle atomique. En utilisant les rayons X et la microscopie électronique, les chercheurs ont déchiffré les changements structurels critiques qui se produisent dans le catalyseur dans les conditions de fonctionnement.
Pour évaluer le catalyseur au cobalt, le laboratoire américain a travaillé avec Giner Inc, une société qui fabrique et commercialise des électrolyseurs et des piles à combustible, en utilisant ses stations d'essai d'électrolyseurs PEM dans des conditions d'exploitation industrielle.
Les performances et la durabilité ont largement dépassé celles des catalyseurs concurrents, ouvrant ainsi la perspective d’une fabrication prochaine d’électrolyseurs beaucoup moins chers. L’objectif d'abaisser le coût de production de l'hydrogène vert à un dollar par kilogramme en dix ans , fixé par le programme «Hydrogen Energy Earthshot» (référence au « Moon Shot » qui a envoyé les Américains sur la lune dans les années 1960), se rapproche !
« Nous avons cherché à développer un catalyseur d'anode à faible coût dans un électrolyseur PEM qui génère de l'hydrogène à haut débit tout en consommant un minimum d'énergie. En utilisant le catalyseur à base de cobalt préparé par notre méthode, il est possible d'éliminer le principal goulot d'étranglement que constitue le coût de la production d'hydrogène propre dans un électrolyseur ». Comme le souligne, Di-Jia Liu, chimiste principal à l’ANL, les électrolyseurs à membrane échangeuse de protons fonctionnent avec des catalyseurs distincts pour chacune des électrodes et jusqu’alors les composés chimiques utilisés sont extrêmement onéreux et rares.
A titre d’exemple, le catalyseur de l'anode (qui forme l’oxygène, la cathode produisant l’hydrogène) utilise de l'iridium, dont le prix de marché actuel est d'environ 5.000 dollars les 28 grammes. Le manque d'approvisionnement et le coût élevé de l'iridium constituent un obstacle majeur à l'adoption généralisée des électrolyseurs PEM.
Le laboratoire a donc engagé des recherches pour exploiter un matériau moins cher, le cobalt, dont les propriétés devaient, à priori, correspondre aux contraintes fonctionnelles de l’anode. Couronnées de succès, les différentes expérimentations viennent de permettre à l’ANL de mettre au point un nouveau catalyseur au cobalt nettement moins coûteux que l’iridium.
Pour parvenir à ces résultats, l’équipe a dû comprendre le mécanisme d’électrolyse de l’hydrogène à l'échelle atomique. En utilisant les rayons X et la microscopie électronique, les chercheurs ont déchiffré les changements structurels critiques qui se produisent dans le catalyseur dans les conditions de fonctionnement.
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Les performances et la durabilité ont largement dépassé celles des catalyseurs concurrents, ouvrant ainsi la perspective d’une fabrication prochaine d’électrolyseurs beaucoup moins chers. L’objectif d'abaisser le coût de production de l'hydrogène vert à un dollar par kilogramme en dix ans , fixé par le programme «Hydrogen Energy Earthshot» (référence au « Moon Shot » qui a envoyé les Américains sur la lune dans les années 1960), se rapproche !
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