Méthane + Lumière du soleil + Catalyseur = Émissions

Des chercheurs de l’Université de Floride centrale affirment avoir découvert un moyen de produire de l’hydrogène sans émissions de dioxyde de carbone.

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L'hydrogène fait la une des journaux partout où vous regardez. De l’hydrogène pour alimenter des voitures et des camions à zéro émission, de l’acier vert, des carburants renouvelables et des engrais respectueux du climat. L’hydrogène pourrait être la clé pour débarrasser le monde du fléau des combustibles fossiles, pensent beaucoup. Mais comment l'obtenir ?

Bien qu’il s’agisse d’un composant principal de l’eau et des combustibles fossiles, il se lie si étroitement aux autres atomes qu’il faut beaucoup d’énergie pour briser ces liens. Dans la plupart des cas, l’énergie nécessaire provient de la combustion de combustibles fossiles, ce qui va plutôt à l’encontre du caractère « zéro émission » de l’hydrogène.

L’administration Biden prévoit de promouvoir l’hydrogène avec un crédit d’impôt à la production de 3 dollars par kilogramme intégré à la loi sur la réduction de l’inflation. Le problème pour les écologistes est que produire de l’hydrogène vert en faisant passer un courant électrique dans l’eau nécessite une énorme quantité d’énergie. Ils craignent que les nouveaux électrolyseurs à hydrogène engloutissent la majeure partie de l’énergie renouvelable disponible, ce qui obligerait les services publics à recourir à la production thermique pour combler la différence.

La production d’hydrogène par reformage du méthane, qui permet aux États-Unis d’obtenir plus de 95 % de leur approvisionnement, génère d’énormes émissions de carbone. Mais et s’il existait un moyen de produire de l’hydrogène à partir de méthane à température ambiante en utilisant uniquement la lumière du soleil et sans émettre de dioxyde de carbone ? Est-ce quelque chose sur lequel le monde aimerait en savoir plus ? Oh, tu paries !

Les chercheurs Richard Blair et Laurene Tetard, tous deux professeurs à l'Université de Floride centrale, affirment avoir développé un processus qui permet de convertir le méthane en hydrogène et en carbone à température ambiante en utilisant uniquement la lumière du soleil. Comme cela arrive souvent dans les projets scientifiques, la découverte était en grande partie accidentelle (la colle utilisée pour les Sticky Notes est le résultat de la recherche d'un adhésif pour avion à haute résistance.)

La technologie développée par l’équipe pour fabriquer du carbone à partir de nitrure de bore défectueux en utilisant la lumière visible est arrivée de manière inattendue. Blair dit que pour analyser la surface du catalyseur, ils le placeraient dans un petit récipient, le mettraient sous pression avec un hydrocarbure gazeux tel que le propène, puis l'exposeraient à la lumière laser.

« À chaque fois, cela a produit deux choses frustrantes », dit-il. « Le catalyseur lui-même émettait une lumière qui masquait toutes les données dont nous avions besoin, et l'étudiant n'arrêtait pas de dire : « il est en train de brûler » et je dirais que c'est impossible. Il n'y a pas de carbone sur le catalyseur.

Tetard ajoute : « Et il n’y avait pas d’oxygène. » Ils étaient perplexes. "Si nous voulions étudier ce point brûlant, il fallait qu'il soit plus grand." Une fois qu’ils ont réussi à produire un échantillon plus grand, ils l’ont soumis au microscope électronique. « Nous avons commencé à voir quelques lignes, mais c'est une poudre libre et salissante, donc elle ne devrait pas être commandée. Mais lorsque nous avons zoomé davantage, nous avons vu du carbone et une grande quantité, avec la poudre de nitrure de bore défectueuse accrochée au sommet.

Ce qui était considéré comme un problème était en réalité un hasard, car la découverte permettrait la production d’hydrogène à basse température et la production de carbone comme sous-produit sans rejet de gaz à effet de serre ni de polluants. Cette dernière partie est la clé de l’importance de cette découverte.

La loi des conséquences involontaires, édition hydrogène vert, est pleinement visible dans la guerre manquée de la Russie contre l'Ukraine (image fournie par le DOE américain).

La technologie développée par Tetard et Blair est une méthode permettant de produire des structures de carbone à l'échelle nanométrique et micrométrique aux dimensions contrôlées. Il utilise la lumière et un photocatalyseur conçu par défaut pour créer des structures à motifs et bien définies à l'échelle nanométrique et micrométrique à partir de nombreuses sources de carbone. Les exemples incluent le méthane, l'éthane, le propane, le propène et le monoxyde de carbone.

"Notre processus utilise un gaz à effet de serre - le méthane - et le convertit en quelque chose qui n'est pas un gaz à effet de serre et en deux produits qui sont des produits précieux, l'hydrogène et le carbone", explique Blair. "Et nous avons éliminé le méthane du cycle."