Une équipe de recherche chinoise a mis au point un dispositif permettant de fractionner l’eau de mer salée pour produire directement de l’hydrogène.
Ce dispositif, un électrolyseur d’eau de mer à membrane, permet de résoudre les problèmes de réaction secondaire et de corrosion des méthodes traditionnelles.
L’équipe dirigée par Zongping Shao, professeur d’ingénierie chimique à l’université technique de Nanjing, en Chine, a publié son étude dans la revue Nature et a affirmé que son modèle « a fonctionné pendant plus de 3 200 heures sans défaillance dans des conditions d’application pratiques ».
Pourquoi les méthodes traditionnelles ne sont pas durables
La plupart de l’hydrogène produit aujourd’hui est issu de sources de combustibles fossiles, ce qui peut considérablement alourdir l’empreinte carbone. « L’électrolyse électrochimique de l’eau salée utilisant des énergies renouvelables comme intrant est une méthode hautement souhaitable et durable pour la production de masse d’hydrogène vert », indique un communiqué.
Cependant, il existe un problème. Les propriétés de l’eau salée entraînent la corrosion des électrodes utilisées dans divers systèmes, ce qui les rend souvent non viables. L’utilisation de revêtements en polyanion pour résister à la corrosion par les ions chlorure ou d’électrocatalyseurs hautement sélectifs n’a pas été suffisamment efficace pour les applications pratiques.
Un processus de dessalement peut résoudre le problème, « mais il nécessite un apport énergétique supplémentaire, ce qui le rend économiquement moins intéressant ». La taille des équipements impliqués dans le processus de dessalement rend également ces solutions moins flexibles.
La nouvelle voie proposée
Un électrolyseur se compose généralement de deux électrodes recouvertes de catalyseurs, et une membrane sépare les composants constitutifs – hydrogène et oxygène. La formation de chlore gazeux hautement corrosif dans le processus entraîne une dégradation plus rapide des catalyseurs et des électrodes. Les ions magnésium et calcium présents dans l’eau de mer peuvent également bloquer les membranes. Ces facteurs diminuent l’efficacité globale et la durée de vie de ces dispositifs.
« Notre stratégie permet de réaliser une électrolyse directe de l’eau de mer efficace, flexible en termes de taille et évolutive, d’une manière similaire à la séparation de l’eau douce, sans augmentation notable du coût d’exploitation », a déclaré Shao à IEEE Spectrum.
L’équipe utilise une solution électrolytique concentrée d’hydroxyde de potassium pour tremper les électrodes, et une membrane poreuse permet de séparer la solution électrolytique de l’eau de mer. La membrane riche en fluor bloque l’eau liquide mais laisse passer la vapeur d’eau.
Au cours de l’électrolyse, l’eau contenue dans la solution électrolytique est crachée en ses composants. Il en résulte une variation de pression entre l’électrolyte et l’eau de mer, ce qui provoque l’évaporation de cette dernière. Dans le même temps, l’eau passe à travers la membrane dans l’électrolyte et se transforme à nouveau en eau liquide, reconstituant le stock pour le cycle suivant.
« Fait important, cette configuration et ce mécanisme promettent d’autres applications dans le traitement simultané des effluents à base d’eau et la récupération des ressources et la génération d’hydrogène en une seule étape. »
Les chercheurs sont certains que leur dispositif, en plus de produire de l’hydrogène, sera également capable de récupérer le lithium de l’eau de mer. Les autres applications du dispositif s’étendent à des activités telles que le nettoyage de l’eau douce industrielle.