13/12/2006

L’hydrogène devient un biocarburant

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l’hydrogène devient un biocarburant


La pile à combustible, moteur de l’avenir, souffre d’un défaut majeur : l’hydrogène nécessaire à son fonctionnement reste extrêmement polluant à produire. De récentes découvertes permettent pourtant de l’extraire proprement de l’éthanol, voire du sucre ou de déchets végétaux. Une révolution !


« Si je devais choisir l’énergie chimique du futur, ce serait sans aucune hésitation la pile à combustible. C’est de l’hydrolyse à l’envers, c’est fantastique », s’enthousiasmait Joël de Rosnay, ancien chercheur au MIT et conseiller du président de la Cité des sciences et de l’industrie, à l’occasion d’un colloque organisé par BASF en octobre. Le principe de la pile à combustible est maintenant bien connu et consiste à convertir en électricité l’énergie libérée par la réaction de l’hydrogène avec l’oxygène. À la sortie, de l’eau, du courant et c’est tout. Presque trop belle pour être vraie, la pile à combustible se heurte hélas à deux problèmes jusqu’à présent insurmontables : le premier tient au stockage du carburant. L’hydrogène (H2) est en effet une molécule insaisissable et explosive qui se faufile partout. Seuls les grands froids et les pressions extrêmes (700 bars) permettent de la garder sous cloche. Les nanotechnologies devraient permettre de régler le problème en constituant d’innombrables prisons moléculaires. L’autre gros problème, c’est la filière hydrogène elle-même : la production de H2 requiert des quantités énormes d’énergie fossile… Sauf que le Pr Lanny Schmidt et son équipe de l’université du Minnesota viennent de mettre au point un procédé permettant d’obtenir le même résultat à partir d’huile ou de sucre, après avoir rendu l'opération possible à partir de l’éthanol. Ce n’est qu’un début ! À terme, l’objectif est d’étendre les matières premières à tout un éventail de résidus de cultures. À la sortie de la réaction, un mélange hydrogène et monoxyde de carbone, entrant dans la fabrication d’un carburant de synthèse, et de l’ammoniac qui peut être utilisé comme fertilisant.


HYDROGÈNE OU GAZ DE SYNTHÈSE


Publiés début novembre dans la revue Science, les travaux du professeur Schmidt promettent une réduction drastique du coût de production des biocarburants, des engrais et de l’hydrogène, tout en éliminant l’énergie fossile encore indispensable à leur obtention grâce à un nouveau procédé baptisé « Ultrafast flash volatilization ». La difficulté résidait dans le fait que l’huile ou le sucre ne s’évaporent pas à la chaleur : lorsqu’une goutte d’huile se trouve en contact avec une surface chaude, sa face inférieure est privée d’oxygène et les molécules ne peuvent se briser qu’en vapeur d’eau et en carbone. Pour le sucre, il suffit d’avoir déjà récuré une casserole pour savoir qu’il en va de même. Le secret de la volatilisation flash ? L’huile et le sucre sont vaporisés en fines gouttelettes par un simple injecteur d’automobile et envoyées sur un disque en céramique chauffé à 1 000° C recouvert d’un catalyseur (rhodium et cerium). C’est cela qui guide la dissolution des molécules d’huile ou de sucre vers la production d’hydrogène au lieu d’eau et de carbone. Parce que le disque céramique est poreux, le gaz de synthèse peut le traverser pour être collecté en aval. Mieux, aucune chaleur externe n’est exigée car les réactions chimiques produisant le gaz de synthèse génèrent à elles seules assez de chaleur pour entretenir le processus. Tout cela n’est possible que grâce à la vitesse vertigineuse à laquelle les événements s’enchaînent : la réaction ne prend qu'un centième de seconde ! C’est dix à cent fois plus rapide que les technologies existantes pour obtenir de l’hydrogène ou des biocarburants. Le prototype mis au point en laboratoire n’est pour l’instant capable de produire que 500 grammes de gaz de synthèse par jour. On est encore loin de la phase industrielle…


QUAND L’ÉTHANOL ALIMENTE LES PILES


L’équipe de Lanny Schmidt n’en est pas à un coup d’essai : les chercheurs avaient déjà fait sensation en 2004 en concevant un réacteur capable d’extraire l’hydrogène à partir d’éthanol sur un principe relativement proche de l’extraction à base d’huile ou de sucre. Ici encore, l’obtention d’hydrogène à partir d’une ressource renouvelable laisse entrevoir autant de bénéfices pour l’environnement que pour les produits agricoles. Et là, deux problèmes sont réglés d’un coup : la production et le stockage. L’éthanol peut en effet être transformé en H2 juste avant de passer dans la pile à combustible grâce à de petites installations domestiques. À en croire le professeur, l’éthanol dégagerait trois fois plus d’énergie en étant utilisé comme source d’hydrogène que tel qu’il est utilisé actuellement dans les moteurs. Pour une raison simple : le réacteur accepte que l’eau se mélange à l’éthanol, ce qu’un moteur de voiture n’admet pas. Cette séparation réclame une dépense d’énergie qui est ici inutile. Proche du procédé utilisé pour le sucre et l’huile, le réacteur est étonnamment simple : une solution éthanol-eau traverse un injecteur, puis une chambre chauffée où elle se vaporise et se méle à l’air. Elle passe ensuite à travers une sorte de bouche d’oxyde d’aluminium recouverte de rhodium et d’oxyde de cérium. Le revêtement catalyse alors les réactions qui transforment l’éthanol, l’eau et l’oxygène en H2 et CO2, et chauffent le système à plus de 700° C, permettant au processus de s’auto-entretenir. Résultat : quatre molécules H2 sont extraites de chaque molécule d’éthanol. Le grand avantage de la technique est sa rapidité : le carburant ne reste en effet que quelques millisecondes en contact avec le catalyseur, ce qui autorise la transformation d’une grande quantité d’éthanol. Le réacteur, couplé à une pile à combustible, est déjà capable de produire 1 kW d’électricité tout en tenant dans la main. Encore quelques efforts et l’économie de l’hydrogène deviendra réalité. Dans le futur, hydrogène et éthanol feront donc bon ménage.


UN PRINCIPE VIEUX COMME LE MONDE


Solution d’avenir, cette pile ne relève pourtant pas d’une invention récente. C’est en effet en 1839 que l’électrochimiste britannique William Grove en découvre le principe. Hydrogène et oxygène, lorsqu’on les mélange, dégagent de la chaleur. En les séparant par un électrolyte (matériau qui bloque le passage des électrons), il est possible de créer simultanément de l’eau, de la chaleur… et de l’électricité. Une réaction que l’on décrit parfois comme l’inverse de l’hydrolyse. La pile à combustible restera malgré tout durant plus d’un siècle une simple curiosité de laboratoire. Seule la Nasa exploitera cette technologie dans les années 60 pour fournir en électricité certains de ses vaisseaux Gemini et Apollo. C’est aussi à cette période que naîtra le premier véhicule équipé d’une encombrante pile à combustible. Il s’agissait de l’Electrovan, signé General Motors.


Benjamin Masson

09:07 Écrit par Vincent dans Général | Lien permanent | Commentaires (0) | Tags : technologie, hydrogene |  Facebook |

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