Environnement Lançonnais

Une nano-rouille "championne" pour fabriquer de l’hydrogène

mardi 30 juillet 2013 par Alain KALT (retranscription)

Des chercheurs de l’EPFL et du Technion ont débusqué les nanostructures « championnes » qui permettront de produire de l’hydrogène de façon écologique et à bas prix, simplement à partir de la lumière du jour.

Dans la quête aux énergies propres, c’est une sorte de Graal. Les « cellules photo- électrochimiques », ou PEC, sont des dispositifs capables de séparer l’eau en hydrogène et oxygène en une seule opération, grâce au rayonnement solaire. « A vrai dire nous avons déjà découvert ce précieux calice sur le principe, sourit Michael Grätzel, directeur du Laboratoire de photonique et interfaces de l’EPFL et inventeur des cellules photoélectrochimiques à colorant. Mais nous venons de franchir une étape importante sur la route qui nous conduira à terme à des applications industrielles rentables. »

La revue Nature Materials publie en effet cette semaine un article qui fera date. Les chercheurs, basés à l’EPFL et collaborant avec des collèges du Technion (Israël), sont parvenus à caractériser précisément les nanostructures d’oxyde de fer qui permettront de fabriquer de l’hydrogène au coût le plus faible. « Tout l’intérêt de notre démarche est de recourir à un matériau particulièrement abondant, stable et bon marché – la rouille », précise Michael Grätzel.

A la fin de l’année passée, l’un des collaborateurs de son laboratoire, Kevin Sivula, avait présenté un prototype d’électrode basé sur ce même principe. Son efficacité était telle que l’on voyait clairement apparaître des bulles de gaz sitôt il était à la lumière. Le potentiel pour de telles électrodes, à bon marché, était dès lors démontré, même si leur rendement et leur durée de vie pouvaient encore être améliorés.

En utilisant des techniques de microscopie électronique en transmission (TEM), les chercheurs ont pu caractériser très précisément la circulation des électrons à travers les nanostructures que forment les particules d’oxyde de fer lorsqu’elles sont appliquées sur les électrodes, et dont Michael Grätzel compare la forme à des choux-fleurs. « Ces mesures nous ont permis de comprendre pourquoi nous obtenions des différences de rendement en fonction du processus de fabrication des électrodes. »

Le microscope électronique en transmission permet de mesurer le passage des électrons à travers les nanostructures d’oxyde de fer. Chaque couleur représente une orientation cristalline particulière.

En comparant plusieurs électrodes, dont la méthode de fabrication est désormais maîtrisée, les scientifiques ont pu identifier la structure « championne ». Un prototype de 10x10 cm a pu être produit et son efficacité correspond aux prévisions. L’étape suivante consistera à mettre au point le processus industriel qui permettra une fabrication à grande échelle. Une démarche pour laquelle des fonds européens ainsi qu’un soutien de la Confédération suisse pourraient être obtenus.

L’objectif à long terme est évidemment de pouvoir produire de l’hydrogène – le carburant du futur – de façon écologique et surtout compétitive « Les systèmes actuels, dans lesquels une cellule photovoltaïque classique est couplée à un électrolyseur, produisent de l’hydrogène dont le coût revient au mieux à 15 € par kilo. Nous visons quant à nous un prix de revient de 5€ par kilo », compare Michael Graetzel.

** École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL)

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