Fabriquer de l'hydrogène avec l'énergie solaire, avec de l'oxygène et de la chaleur en prime

L'hydrogène est un gaz utile. Que vous souhaitiez faire flotter un dirigeable, alimenter un camion ou chauffer un processus industriel, l’hydrogène peut faire l’affaire. Cependant, sa production est actuellement un problème délicat. Bien qu'il puisse être produit de manière propre à l'aide d'énergies renouvelables, il est souvent beaucoup moins coûteux de le séparer des hydrocarbures en utilisant des procédés qui génèrent une pollution importante.

Il existe cependant des méthodes pour générer de l’hydrogène plus efficacement, selon un processus propre et durable. qui produit également de la chaleur utile et de l’oxygène comme sous-produits. La clé du processus ? Soleil concentré.

L’hydrogène est présenté comme le carburant propre du futur, car il peut être brûlé ou utilisé pour produire de l’électricité avec des émissions minimes, voire nulles. Il est présenté comme un carburant potentiel pour les voitures, les camions, les trains, les avions et même les engins de construction. Cependant, même si l’hydrogène lui-même est propre, sa production ne l’est souvent pas. La course est lancée pour trouver une méthode propre de production d’hydrogène à grande échelle, les chercheurs étudiant tout, des nanoparticules aux processus pyrolytiques avancés. Chaque fois que vous entendez des gens parler d’« hydrogène vert », voici ce qu’ils veulent dire : de l’hydrogène produit sans aucune émission nocive de gaz à effet de serre.

Dans le but de produire de l’hydrogène extrêmement propre. les chercheurs ont démontré une usine pilote à l’échelle du kilowatt utilisant la technologie de l’hydrolyse solaire, selon un article publié dans Nature. Le système fonctionne avec de l'eau du robinet municipale, qui passe à travers plusieurs filtres à particules et déioniseurs pour la préparer au réacteur. À l’intérieur du réacteur, l’eau désionisée est chauffée par la lumière captée par une parabole à miroir de 7 mètres de diamètre, qui agit comme un concentrateur pour maximiser l’énergie solaire qui atteint le réacteur. Cette lumière non seulement chauffe l'eau, mais atteint également un panneau photovoltaïque qui fournit l'énergie nécessaire au fonctionnement de la cellule d'électrolyse PEM, qui divise l'eau en hydrogène et oxygène.

La clé du système réside dans la double finalité de l’apport d’énergie solaire. L’idée la plus basique est d’utiliser simplement l’énergie solaire d’un système photovoltaïque pour alimenter une cellule d’électrolyse PEM. Dans ce cas, l’énergie solaire est également utilisée pour chauffer l’eau, ce qui améliore considérablement les performances du processus électrochimique.

Une approche holistique maximise également la valeur économique générée par le système. La chaleur résiduelle du système est captée par un échangeur de chaleur où elle peut être utilisée à diverses fins de chauffage externe. De plus, le système produit non seulement de l’hydrogène, mais également de l’oxygène. Bien que ce ne soit pas directement utile comme carburant, il reste utile pour une grande variété d’applications industrielles et médicales.

L'usine pilote produit environ un demi-kilo d'hydrogène par jour. C'est suffisant pour alimenter une seule voiture à hydrogène pour un Européen ayant un kilométrage annuel assez moyen. Alternativement, une telle installation pourrait fournir environ la moitié de la demande en électricité et plus de la moitié de la demande annuelle en chaleur d'un ménage suisse moyen. En réalité, cependant, l’énergie solaire photovoltaïque pure serait beaucoup plus simple dans ce cas.

Il est déjà prévu de construire un système plus grand, à l'échelle de plusieurs centaines de kilowatts, qui produirait de l'hydrogène destiné à être utilisé dans une usine de production de métaux en Suisse. Il fournira également de l’oxygène à usage médical et de l’eau chaude destinée à l’usine.

Soit dit en passant, si vous souhaitez concevoir votre propre système similaire, de l'aide est à votre disposition. L'École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) a publié l'outil d'optimisation des dispositifs solaires photoélectrochimiques, ou SPECDO en abrégé. Il s'agit essentiellement d'une page Web remplie de calculateurs qui déterminent les paramètres de performance d'un générateur solaire d'hydrogène donné. Cependant, vous devrez être assez astucieux avec votre ingénierie et trouver un moyen de vous procurer un électrolyseur PEM efficace pour votre conception.

Si l’hydrogène devient un carburant courant du futur, les processus photochimiques solaires permettant de le produire efficacement seront essentiels. Cela ne sert à rien de dépenser d’énormes sommes d’argent pour convertir les transports et l’industrie à l’hydrogène si nous le produisons d’une manière qui génère quand même des émissions de gaz à effet de serre, après tout. Dans le même temps, cette recherche montre que l’hydrogène n’est toujours pas la solution miracle à tous nos problèmes. Il nécessite une ingénierie et une finesse considérables pour s'avérer plus propre que les carburants qu'il est censé remplacer.