07/03/2013 - Production d'hydrogène à partir de l'eau utilisant le soleil et les nanomatériaux

Menéame

Un consortium d’universités, de centres de recherche et d’entreprises européennes, dirigé par le Institut IMDEA Matériels, cherche à produire de nouveaux matériaux hybrides à échelle nanométrique en combinant carbone (par exemple grafène) et inorganiques (par exemple oxyde de titane) avec une capacité à séparer les molécules d’eau en utilisant la lumière du soleil et à produire de l’hydrogène de manière plus efficace. Des études récentes ont montré que ces nanohybrides peuvent être jusqu'à 25 fois plus photoactifs que des matériaux conventionnels.

Le projet européen CARINHYPH, financé par le 7e programme-cadre de l’Union européenne, Il réunit un groupe de chercheurs et d’entreprises européennes qui cherchent à produire de nouveaux nanomatériaux photocatalytiques pour produire de l’hydrogène par séparation de l’eau de manière plus efficace. L’hydrogène est l’une des sources d’énergie les plus prometteuses de l’avenir: en plus d’avoir un contenu énergétique élevé, il produit de l’eau comme produit de la réaction de combustion au lieu de CO₂ comme dans le cas des hydrocarbures. L’un des défis à relever dans ce domaine est la production d’hydrogène de manière efficace, c’est-à-dire en obtenant une quantité d’énergie plus élevée que celle qui est investie dans son obtention. Parmi les méthodes les plus prometteuses se trouve la séparation de l’eau par photocatalyse, dans laquelle un catalyseur absorbe la lumière du soleil et effectue la décomposition de la molécule en hydrogène et en oxygène, semblable à la photosynthèse qui se produit naturellement dans les plantes.

Image: Schéma des hybrides nanocarbone-inorganique pour produire de l’hydrogène par désassociation photocatalytique de l’eau. Source (IMDEA Matériaux)

Ce projet vise à produire de nouveaux matériaux avec plus d’efficacité photocatalytique, en combinant des nanocarbones, des nanotubes de carbone et du graphène, avec des inorganiques photoactifs tels que les oxydes métalliques, également de taille nanométrique. Le potentiel de ces nouveaux nanohybrides repose principalement sur trois caractéristiques:

• Ses dimensions nanométriques les font avoir un Zone superficielle très grande et donc une plus grande quantité de surface disponible pour effectuer la séparation de l’eau.
• Le nanocarbone élargit le spectre deabsorption de la lumière de l’hybride et donc élargit la quantité d’énergie solaire qui peut être captée pour la réaction photocatalytique.
• Pendant la réaction de désassociation, la durée de vie de la charge par la séparation de la partie négative (l’électron est transféré au nanocarbone) de la positive (le trou reste dans l’inorganique), évitant ainsi sa reCombinaison et permettant de compléter la réaction photocatalytique.

Afin de concrétiser ces trois aspects et d’obtenir un hybride plus efficace, qui peut également se produire à l’échelle industrielle et avoir un impact positif sur la société, le projet compte des membres avec différents profils. Les nanocarbones seront synthétisés dans la société Thomas Swan, fournisseur de CNTs et de graphène de haute pureté. Ces matériaux seront fonctionnels dans le laboratoire du Prof. Maurizio Prato de l’INSTM pour être ensuite intégrés avec l’inorganique et former l’hybride. L’intégration se fera dans IMDEA Matériels et les universités de Cambridge et Münster, en utilisant des techniques telles que dépôt atomique par couches (ALD) et infiltration de giroïdes. Le transfert de charge sur l’interface nanocarbone/inorganique sera ensuite évalué à l’aide de nouvelles techniques de spectroscopie des femto-secondes à l’université d’Erlangen et la production d’hydrogène de différents hybrides sera évaluée. Sur la base de ces résultats, INAEL, une PME espagnole, va construire un réacteur pour démontrer les performances des nouveaux nano-hydrides sur une échelle semi-industrielle. Dans le cadre du projet final, les membres du consortium établiront une feuille de route pour l’exploitation industrielle de ces matériaux, en tenant compte de l’analyse du cycle de vie complet des matériaux et procédés de production mis au point par EMPA.

Le projet CARINHYPH, coordonné depuis l’Espagne par l’Institut IMDEA Matériaux, a débuté en Janvier 2013 et durera 3 ans. Le budget total du projet s’élève à 3.8 millions d’euros, dont 75% proviennent de la Commission européenne. Plus d’informations disponibles sur le site Web  www.carinhyph.eu.

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IMDEA Materials

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