Ce procédé révolutionnaire produit de l'hydrogène vert low-cost à partir d'ammoniac

Des chercheurs américains ont mis au point une méthode employant la lumière et des matières abondantes sur terre et peu coûteuses pour obtenir de l’hydrogène décarboné à partir de l’ammoniac liquide.
 
Si l’ammoniac s’est invité dans la recherche et le développement pour la mobilité à hydrogène, ce n’est pas sans raison. On imagine assez bien des voitures, utilitaires légers et même des poids lourds à PAC effectuer le plein de leurs réservoirs à partir de distributeurs en gaz H2 comprimé installés dans des stations finalement très proches de celles qui délivrent de l’essence et du gazole.

Pour les gros bateaux et les avions, un tel scénario n’apparaît ni souhaitable, ni même envisageable. La place prise par les contenants serait trop importante et les volumes embarqués trop dangereux. D’où le recours à l’ammoniac liquide facile à stocker et à transporter, qui s’impose de plus en plus pour voyager en l’air et sur l’eau. De formule chimique NH3, ce produit se compose de 3 molécules d’hydrogène pour une d’azote, qu’il est possible de scinder en 2 gaz par catalyse.
 

S’affranchir des matériaux critiques

L’azote gazeux étant un des principaux éléments présents dans l’air, les scientifiques estiment que le libérer tout simplement dans l’atmosphère lors de la réaction n’est pas un problème. L’hydrogène peut en revanche être exploité pour alimenter de gros moteurs électriques ou thermiques comme des turbines. Le hic, c’est que les habituels catalyseurs emploient des matériaux coûteux et parfois critiques, comme le palladium, le platine, le rhodium et le ruthénium.

Pour accélérer les réactions, ils sont soumis à de fortes températures qui se chiffrent en centaines voire milliers de degrés, en employant les énergies fossiles. Tout cela a donc un coût financier et sur l’environnement que l’on veut aujourd’hui gommer au maximum. Et ce, pour faire face à l’urgence du dérèglement climatique à soigner en partie par la décarbonation des transports et de l’industrie.

Une équipe formée de chercheurs venus de 3 établissements américains (Laboratoire de nanophotonique de l’Université Rice de Houston, Centre Andlinger pour l’énergie et l’environnement de l’université Princeton, et l’entreprise Syzygy Plasmonics) a mis au point une méthode bien plus intéressante.


 

Eclairage LED

On savait déjà qu’il est possible d’utiliser un catalyseur cuivre-fer pour décomposer l’ammoniac en hydrogène et azote. Sauf que le rendement est mauvais, avec une réactivité 300 fois inférieure à celle obtenue avec un catalyseur cuivre-ruthénium, ce dernier étant jusque-là connu comme le meilleur thermocatalyseur pour cette réaction.

L’équipe de chercheurs, dynamisée en particulier par Naomi Halas, Peter Nordlander, Hossein Robatjazi et Emily A. Carter, a découvert qu’en soumettant à la lumière le catalyseur cuivre-fer, on pouvait obtenir une réactivité semblable à celle du cuivre-ruthénium avec des réacteurs plasma à antenne.

Dans le laboratoire de l’Université Rice, la lumière provenait de lasers. En poursuivant et diversifiant les tests, Syzygy Plasmonics a mis en évidence qu’un éclairage avec de simples Leds du commerce suffit pour obtenir le même résultat de façon très précise. Ayant mobilisé des moyens importants, leur expérimentation a été menée à une échelle 500 fois supérieure à celle de l’établissement scientifique texan.


 

Une nouvelle voie ouverte

Non seulement la nouvelle méthode permet de s’affranchir de matériaux critiques et coûteux, mais en plus, elle supprime le besoin en température élevée qui alourdissait beaucoup la note pour obtenir de l’hydrogène à partir d’ammoniac.

Cette découverte est une véritable victoire pour Naomi Halas et Peter Nordlander, tous les 2 titulaires d’une chaire et professeurs scientifiques à l’université Rice, mais aussi cofondateurs de la société Syzygy Plasmonics. Depuis des années ils pensent que la lumière peut jouer un rôle clé dans la catalyse de l’ammoniac liquide, travaillant sur ce sujet sans relâche. De bons résultats pouvaient déjà être obtenus, mais en mobilisant des métaux précieux comme l’or ou l’argent. Les recherches ont bénéficié d’investissements du gouvernement et de l’industrie américaine réunis pour créer des infrastructures et des marchés pour un carburant décarboné à base d’ammoniac liquide.

« Cette découverte ouvre la voie à un hydrogène durable et à faible coût qui pourrait être produit localement plutôt que dans de grosses usines centralisées », se réjouit Peter Nordlander. L’ouverture de cette nouvelle voie laisse à penser que d’autres combinaisons de métaux courants et bon marché pourraient être employés de la même manière.