Faire de l'hydrogène avec l'énergie solaire, avec de l'oxygène et de la chaleur un bonus

L’hydrogène est un gaz utile. Que vous souhaitiez faire flotter un dirigeable, alimenter un camion ou chauffer un processus industriel, l’hydrogène peut faire l’affaire. Cependant, sa production est actuellement une question délicate. Bien qu’il puisse être produit proprement en utilisant des énergies renouvelables, il est souvent beaucoup moins coûteux de le séparer des hydrocarbures en utilisant des processus qui génèrent une pollution importante.

Il existe cependant des méthodes pour générer de l’hydrogène plus efficacement dans un processus propre et durable. qui produit également de la chaleur et de l’oxygène utiles en tant que sous-produits. La clé du processus ? Soleil concentré.

L’hydrogène présenté comme un carburant propre du futur, en raison du fait qu’il peut être brûlé ou utilisé pour produire de l’électricité avec des émissions minimales ou nulles. Il est présenté comme un carburant potentiel pour les voitures, les camions, les trains, les avions et même les équipements de construction. Cependant, alors que l’hydrogène lui-même est propre, sa génération ne l’est souvent pas. La course est lancée pour trouver une méthode propre de production d’hydrogène à grande échelle, avec des chercheurs étudiant tout, des nanoparticules aux processus pyrolytiques avancés. Chaque fois que vous entendez des gens parler d'«hydrogène vert », voici ce qu’ils veulent dire: hydrogène produit sans aucune émission de gaz à effet de serre.

Dans le but de produire de l’hydrogène d’une propreté exquise. Les chercheurs ont fait la démonstration d’une usine pilote à l’échelle du kilowatt utilisant la technologie d’hydrolyse solaire, selon un article publié dans Nature. Le système fonctionne à l’eau du robinet municipale, qui passe à travers plusieurs filtres à particules et déioniseurs pour la préparer au réacteur. À l’intérieur du réacteur, l’eau désionisée est chauffée par la lumière captée par une antenne parabolique en miroir de 7 mètres de diamètre, qui agit comme un concentrateur pour maximiser l’énergie solaire qui atteint le réacteur. Cette lumière chauffe non seulement l’eau, mais atteint également un panneau photovoltaïque qui fournit de l’énergie pour faire fonctionner la cellule d’électrolyse PEM, qui est ce qui divise réellement l’eau en hydrogène et en oxygène.

La clé du système est la double affectation de l’apport d’énergie solaire. L’idée la plus élémentaire est d’utiliser simplement l’énergie solaire d’un système photovoltaïque pour alimenter une cellule d’électrolyse PEM. Dans ce cas, cependant, l’énergie solaire est également utilisée pour chauffer l’eau, ce qui améliore considérablement les performances du processus électrochimique.

Une approche holistique maximise également la valeur économique générée par le système. La chaleur résiduelle du système est captée à l’aide d’un échangeur de chaleur où elle peut être utilisée à diverses fins de chauffage externe. De plus, le système ne produit pas seulement de l’hydrogène, mais aussi de l’oxygène. Bien que ce ne soit pas directement utile comme carburant, il est toujours utile pour une grande variété d’applications industrielles et médicales.

L’usine pilote produit environ un demi-kilogramme d’hydrogène par jour. C’est suffisant pour alimenter une seule voiture à hydrogène pour un Européen accumulant un kilométrage annuel assez moyen. Alternativement, une telle installation pourrait fournir environ la moitié de la demande électrique et plus de la moitié de la demande annuelle de chaleur d’un ménage suisse moyen. De manière réaliste, cependant, l’énergie solaire photovoltaïque directe serait beaucoup plus simple dans ce cas.

Des plans sont déjà en place pour construire un système plus grand à l’échelle de plusieurs centaines de kilowatts, qui produira de l’hydrogène pour une usine de production de métaux suisse. Il fournira également de l’oxygène à usage médical et fournira de l’eau chaude pour une utilisation à l’usine.

Incidemment, si vous êtes intéressé à concevoir votre propre système similaire, de l’aide est à portée de main. L’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) a publié l’outil Solar PhotoElectroChemical Device Optimization, ou SPECDO en abrégé. Essentiellement, il s’agit d’une page Web pleine de calculatrices qui déterminent les paramètres de performance d’un générateur d’hydrogène solaire donné. Vous devrez cependant être assez astucieux avec votre ingénierie et trouver un moyen de trouver un électrolyseur PEM efficace pour votre conception.

Si l’hydrogène devient un carburant courant du futur, les processus photochimiques solaires pour le rendre efficace seront essentiels. Il ne sert à rien de dépenser d’énormes sommes d’argent pour convertir les transports et l’industrie à l’hydrogène si nous le produisons d’une manière qui crée encore des émissions de gaz à effet de serre, après tout. Dans le même temps, cette recherche montre que l’hydrogène n’est toujours pas une solution miracle à tous nos problèmes. Il nécessite beaucoup d’ingénierie et de finesse pour en sortir plus propre que les carburants qu’il est destiné à remplacer.