Une approche plus écologique de la production d’hydrogène vert
Bien que l’hydrogène puisse jouer un rôle important dans la transition vers une énergie propre en Europe, l’empreinte carbone liée à sa production n’est pas négligeable. «La production de produits chimiques de grande valeur et de carburants propres tels que le méthanol requiert de l’hydrogène, celui-ci étant généralement dérivé d’hydrocarbures, sa production est responsable d’importantes émissions de CO2», explique Daniel Garcia-Sanchez, chercheur principal à l’Institut d'ingénierie thermodynamique du Centre aérospatial allemand. Selon lui, l’hydrogène vert pourrait être la solution. «L’électrolyse de l’eau à membrane échangeuse de protons, ou PEMWE constitue la technologie la plus appropriée pour produire de l’hydrogène vert», explique-t-il. La PEMWE s’accompagne toutefois de ses propres défis environnementaux, à savoir qu’elle requiert l’utilisation de matières premières critiques (MPC). «La dépendance de la PEMWE à l’égard de catalyseurs à base de métaux précieux et de coûteux composants en titane constitue une menace sérieuse pour la réussite de l’extension et de la commercialisation de cette technologie», ajoute Daniel Garcia-Sanchez. Avec le soutien du projet PROMET-H2 financé par l’UE, Daniel Garcia-Sanchez dirige un effort visant à développer une PEMWE plus durable et plus rentable qui ne compromet pas les performances ni la durabilité. «En trouvant le juste équilibre entre économie et durabilité, notre objectif est de positionner la PEMWE comme la technologie de choix pour la production et le stockage d’hydrogène vert», fait-il remarquer.
Remplacer les matières premières critiques par des matières premières sans danger pour l’environnement
Pour ce faire il fallait drastiquement réduire l’utilisation de MPC pour la PEMWE et les remplacer par des matériaux plus respectueux de l’environnement et économiquement rentables. Le projet a développé de nouveaux catalyseurs et des électrodes améliorées qui réduisent considérablement l’utilisation des MPC. Les nouvelles membranes recouvertes d’un catalyseur (CCM pour catalyst-coated membranes) développées dans le cadre de PROMET-H2 réduisent d’un facteur de 10 la teneur en iridium de la couche catalytique. «Non seulement le nouveau CCM réduit considérablement l’utilisation des MPC, mais il le fait sans compromettre les performances», souligne Daniel Garcia-Sanchez. «Il se fait que notre solution augmente les performances et prolonge la durée de vie prévue de la solution.» Le projet a également remplacé le titane utilisé par la PEMWE par de l’acier inoxydable, un matériau très durable qui peut en outre être fabriqué à partir de matériaux recyclés. L’acier inoxydable est également un matériau recyclable. En ce qui concerne le recyclage, le projet a également développé une nouvelle méthode écologique de recyclage et de réutilisation des MRC. Le procédé hydrométallurgique offre un taux de récupération de 100 % pour le platine et de 60 % pour l’iridium.
Une PEMWE durable, performante et pérenne
L’électrolyseur de PROMET-H2 va être soumis à des tests et validé dans une usine de production de méthanol renouvelable d’une capacité de production de H2 de 25 kW. La solution de PROMET-H2 devrait permettre de réduire les dépenses d’investissement de 21 % par rapport à une PEMWE classique. «Grâce à l’engagement de tous les partenaires du projet, nous avons réussi à développer une PEMWE durable, performante et pérenne pour un coût d’investissement exceptionnellement bas», conclut Daniel Garcia-Sanchez. «Ce faisant, nous avons contribué à faire de l’hydrogène vert un moteur viable de la transition énergétique de l’Europe.» Le projet a publié 13 articles dans des revues à fort impact, discuté de ses travaux dans le cadre de nombreuses conférences internationales et obtenu plusieurs brevets. Les chercheurs travaillent actuellement à réduire les coûts globaux de la PEMWE et sa dépendance à l’égard des MPC.
Mots‑clés
PROMET-H2, hydrogène vert, hydrogène, matières premières critiques, transition énergétique, électrolyse de l’eau à membrane échangeuse de protons, PEMWE, acier inoxydable
