Production d'hydrogène à partir de l'eau de mer

L'eau de mer, qui représente plus de 95 % de l'eau de la Terre, pourrait devenir une ressource clé dans la production durable d'hydrogène propre grâce à l'utilisation de catalyseurs de division de l'eau développés par une équipe dirigée par KAUST.

Le fractionnement de l’eau pourrait offrir une voie intéressante vers la neutralité carbone, en particulier lorsqu’il est associé à des sources d’énergie renouvelables telles que l’énergie solaire et éolienne. La division de l'eau implique la décomposition de l'eau dans une cellule électrochimique pour produire de l'hydrogène à la cathode tout en générant de l'oxygène à l'anode sous tension appliquée. Pourtant, les catalyseurs de dégagement d’hydrogène et d’oxygène qui fonctionnent bien dans l’eau douce deviennent moins efficaces dans l’eau de mer en raison de l’abondance d’ions qui peuvent favoriser des réactions indésirables et des catalyseurs toxiques.

Les ions chlorure hautement corrosifs présents dans l’eau de mer subissent des réactions complexes qui entrent en compétition avec le dégagement d’oxygène et génèrent des composés nocifs, tels que l’hypochlorite. La production d’hydrogène reposant sur des réactions stables et efficaces au niveau des deux électrodes, ces ions constituent un défi majeur pour la division de l’eau de mer.

Chemisexplique que la formation d'hypochlorite peut se produire car elle nécessite une tension de fonctionnement inférieure pour répondre aux besoins industriels par rapport à la réaction de dégagement d'oxygène.

Une façon de résoudre ce problème consiste à concevoir des catalyseurs anodiques sélectifs avec des exigences de tension plus faibles. Un catalyseur anodique monocouche nickel-iridium a montré des performances et une stabilité améliorées dans l'eau de mer grâce aux effets synergiques entre ses composants métalliques.

L'équipe a conçu une approche qui fournit des électrocatalyseurs à dégagement d'hydrogène stables et à haut rendement pour la division de l'eau de mer. Les chercheurs ont créé de minuscules réacteurs cubiques dans lesquels le catalyseur était enfermé dans une coque protectrice en sulfure de molybdène. Le noyau du catalyseur était constitué d’un composé actif redox à base de molybdène sur support carbone et présentait une structure nanoporeuse ordonnée semblable à une zéolite.
En utilisant une approche basée sur une structure métallo-organique, les chercheurs ont combiné des précurseurs de complexes métalliques avec le lieur imidazole en présence de tensioactif pour générer des cubes de zinc-molybdène de type zéolite. Ils ont mélangé les structures résultantes avec du thioacétamide dans de l’éthanol sous reflux pour former une phase cubique d’oxyde de molybdène confinée dans une fine coque de sulfure de zinc.

Ensuite, ils ont converti chimiquement la phase cubique en composé actif redox encapsulé dans du sulfure de molybdène souhaité à haute température avant de graver sélectivement la couche externe de sulfure de zinc pour produire les nanoréacteurs.

Les nanoréacteurs ont présenté une activité électrocatalytique et une stabilité élevées dans l'eau douce et l'eau de mer. "L'activité et la stabilité remarquables sont attribuées à leur structure unique."

Le noyau présentait de nombreux sites actifs qui augmentaient la production d'hydrogène et la coque présentait plusieurs défauts au sein de ses couches, notamment des trous de taille inférieure au nanomètre qui permettaient aux molécules d'eau de pénétrer et d'accéder aux sites actifs internes.

Agissant comme une cotte de mailles, la coquille bloquait et empêchait également les sels de se déposer sur les sites actifs.
L'architecture hiérarchique du nanoréacteur isole l'électrolyse des réactions secondaires. "Semblable à une maison intelligente, la réaction principale se produit dans les pièces tandis que les réactions secondaires se produisent dans la cour."

Croyez-le ou non, l’eau de mer constitue une excellente base de carburant. En effet, l’eau de mer contient un cocktail d’éléments comme l’hydrogène, l’oxygène, le sodium et d’autres, tous essentiels au développement de la vie sur Terre. La partie carburant provient ici de l’hydrogène présent dans l’eau de mer. Malheureusement, extraire l’hydrogène gazeux du reste des éléments a été tout un défi, du moins jusqu’à présent.

L'appareil produit ce qui équivaut à du carburant à base d'eau de mer en injectant de l'eau de mer dans un système d'entonnoir qui la fait passer à travers un système de filtration à double membrane. Ce système utilise également l’électricité pour extraire l’hydrogène de l’eau de mer, le séparant ainsi efficacement des autres éléments présents dans nos océans. Les résultats de cette nouvelle étude montrent qu’elle pourrait contribuer à faire progresser de nouveaux efforts visant à produire des carburants à faible teneur en carbone.

La grande victoire ici était que le système n’a pas créé un tas de sous-produits nocifs, ce qu’ils ont constaté dans d’autres systèmes. La plupart des systèmes eau-hydrogène actuels utilisent une membrane monocouche. Cependant, cette fois, les chercheurs ont réuni deux couches, ce qui a montré une meilleure façon de contrôler la façon dont les ions présents dans l'eau de mer se déplaçaient au sein de l'expérience, ce qui l'a rendue plus efficace.

Pouvoir créer de l'hydrogène à partir de l'eau de mer s'avérerait utile car il s'agit d'un carburant à faible teneur en carbone, actuellement utilisé pour faire fonctionner les véhicules électriques à pile à combustible, et qui fonctionne même comme option de stockage de longue durée pour les réseaux énergétiques. Les tentatives précédentes de production d'hydrogène gazeux nécessitaient de l'eau douce ou dessalée, et même si nous avons vu des systèmes de dessalement de l'eau réussis, cela est beaucoup plus coûteux et consomme beaucoup d'énergie.
En effet, purifier l'eau avant de l'utiliser nécessite des systèmes coûteux, ainsi que de l'énergie et même une complexité accrue de l'appareil, alors qu'un appareil capable d'utiliser l'eau de mer pour créer de l'hydrogène ne nécessiterait pas ces pièces supplémentaires.

Produire de l’hydrogène à partir de l’eau de mer, c’est un rêve devenu réalité !
C’est abondant, gratuit et facile.
L'eau de mer constitue une source de matières premières quasiment illimitée et il n'y a personne ici pour la facturer. Tout le monde peut en obtenir un seau plein gratuitement.
Les acteurs clés de l’industrie tomberont forcément amoureux de l’idée.
Le processus d’extraction de l’hydrogène est simple. L'eau de mer contient une grande quantité d'hydrogène gazeux dissous. Il faut une simple électrolyse pour l’extraire – nous l’avons même fait lorsque nous étions adolescents en cours de physique !

Voici comment ça marche
C'est naturel, stockable et sûr
L’eau de mer est considérée comme une source d’énergie renouvelable qui pourrait contribuer à réduire notre dépendance aux énergies fossiles. Et le processus d’extraction ne génère pas d’émissions de carbone.

L'hydrogène peut être stocké
L’hydrogène stocké peut être utilisé pour produire de l’électricité ou alimenter des véhicules exactement lorsque cela est nécessaire.
Cela compense l’intermittence des autres énergies renouvelables – jours pluvieux ou sans vent. Il convient parfaitement aux régions ayant accès à de grandes étendues d’eau de mer mais disposant de peu de ressources énergétiques conventionnelles.
Cela peut contribuer à réduire le réchauffement climatique, à garantir la sécurité énergétique et à protéger l’environnement.

Facile, vraiment
Le processus est gourmand en énergie : l’extraction de l’hydrogène de l’eau de mer nécessite une grande quantité d’énergie et l’efficacité globale est assez faible.
La production est coûteuse : la construction de l’infrastructure nécessite un investissement initial très élevé. L'entretien est également crucial, car la teneur en sel de l'eau de mer peut provoquer de la corrosion et d'autres problèmes techniques.
Les emplacements sont rares : ces sites doivent tenir compte de la profondeur et de la qualité de l’eau, ainsi que de la proximité des sources d’énergie. Toutes les régions ne sont pas adaptées à la production d’hydrogène à partir de l’eau de mer !
Et finalement, ce n’est pas aussi sûr qu’on pourrait le penser !

Le processus libère du chlore gazeux.
Ce gaz se combine avec d'autres éléments naturels et forme des dioxines qui polluent l'eau, contaminent les poissons et se transmettent aux humains et aux animaux plus gros qui mangent le poisson.

Voulez-vous des exemples? Il se combine avec
Water =>acide chlorhydrique, effet toxique aigu sur toutes formes de vie.
Hydrogen =>gaz chlorhydrique, composé hautement explosif
L'acétylène, un gaz qui peut être produit par certains organismes marins comme les bactéries et certaines espèces d'algues. Il se combine en dichloroéthane, un composé hautement explosif.

Éther, traces dans certaines espèces d'algues. Il se combine en chloroacétaldéhyde, un composé cancérigène hautement toxique.
Ammoniac, couramment produit par les organismes marins. Il se combine en chloramines, un irritant respiratoire hautement toxique.
Une innovation prometteuse susceptible de révolutionner le secteur des énergies propres
La production d’hydrogène à partir de l’eau de mer pourrait faire une différence radicale et contribuer à lutter contre le réchauffement climatique de manière plus durable.
Cela a également le potentiel de réduire notre dépendance aux combustibles fossiles et de progresser vers un avenir plus propre, plus durable et plus abordable.
Ces promesses font qu’il est trop facile de négliger les nombreux défis et risques impliqués.
C'est mon appel aux acteurs clés de l'économie et de l'énergie : s'il vous plaît, prenons une profonde respiration, asseyons-nous et réfléchissons un instant.

Les chercheurs ont déclaré dans le communiqué de presse que travailler avec de l'eau de mer serait une option plus économique, car la purification de l'eau coûte cher, consomme beaucoup d'énergie et ajoute de la complexité aux appareils. De plus, l’eau douce naturelle contient des impuretés problématiques pour la technologie moderne, en plus d’être une ressource limitée sur la planète.
En plus de développer un système de membrane eau de mer-hydrogène, l’équipe a noté que l’étude avait permis de mieux comprendre globalement la façon dont les ions de l’eau de mer se déplacent à travers les membranes. Ces connaissances pourraient être appliquées à d’autres domaines, comme la production d’oxygène gazeux.
De plus, ils ont déclaré que la compréhension du flux et de la conversion des ions dans le système de membrane bipolaire est essentielle pour l’effort visant à produire de l’oxygène par électrolyse, et l’équipe a montré que la membrane bipolaire pouvait générer de l’oxygène gazeux tout en produisant de l’hydrogène dans leur expérience.
L’équipe vise à améliorer les électrodes et les membranes en utilisant des matériaux plus facilement disponibles et plus faciles à extraire. Cette amélioration de la conception pourrait rendre beaucoup plus simple la mise à l’échelle du système d’électrolyse à une taille nécessaire à la production d’hydrogène pour des activités à forte intensité énergétique telles que le transport.

Les produits sont vendus dans toutes les régions de Chine et exportés vers les pays du monde entier. Ils ont été vendus dans plus de 20 pays et régions, dont les États-Unis, l'Allemagne, le Maroc, le Kenya, l'Arabie saoudite, le Vietnam, l'Algérie, l'Inde, la Tanzanie et Taiwan. Fourni avec succès des entreprises bien connues telles que China Aerospace, PetroChina, China Nuclear Group, BYD, Jiuli Specialty, Tony Electronics, Zheng Energy Group et d'autres entreprises bien connues. Il existe de nombreuses stations d'hydrogénation d'hydrogène vert telles que Wulanchabu, Haikou, Hainan, Hainan Haikou, Yunnan Kunming, etc. qui proposent des projets de production d'hydrogène vert.