De l'hydrogène à l'hydrogène en quelques étapes
L'hydrogène est une source de combustible alternative prometteuse. Il est riche en énergie et sa combustion en oxygène ne produit que de la vapeur d'eau, sans suie, d'oxydes azotées ou de dioxyde de carbone (CO2). Pourtant, bien qu'il s'agisse de l'élément le plus abondant dans l'univers et l'une des sources de combustion du Soleil, il ne se trouve pas sous forme naturelle dans l'atmosphère terrestre. Il est presque toujours relié à d'autres atomes comme l'eau (H2O) et les hydrates de carbones. L'électrolyse de l'eau (la séparation de l'H2 et de l'oxygène, O2) est l'une des méthodes les plus simples et propres d'obtenir de l'H2. L'utilisation de l'énergie illimitée du soleil pour l'électrolyse rend cette démarche encore plus écologique et durable. Les piles photoélectrochimiques (PEC) exploitent une électrode semi-conductrice qui absorbe la lumière et utilise son énergie pour séparer l'H2O. Pourtant, après des années de travaux de recherche, aucun matériau efficace, stable et économique pour électrode n'a été découvert. Le projet européen Nanopec («Nanostructured photoelectrodes for energy conversion») utilise les progrès réalisés dans la nanotechnologie pour contrôler la fonctionnalisation des composants individuels pour satisfaire les exigences. La réduction du nombre de critères pour un matériau réduira les limites actuelles. Pendant la seconde période considérée, les scientifiques ont utilisé des approches de nanostructuration innovantes conçues pendant la première période en vue de former des matériaux conventionnels ainsi que de nouveaux. Les composants comprenaient des sous-couches d'oxyde ultramince, des films d'hématite, des photoélectrodes renforcées par plasmons, des réseaux de nanofils gradués, des catalyseurs et des couches supérieures. Des renforcements importants ont été accomplis dans la performance des piles PEC. Les chercheurs ont réussi à modifier les couches supérieures et les catalyseurs pour la synthèse de nombreux matériaux semi-conducteurs innovants à la performance et à la stabilité renforcées. Pour mieux améliorer les connaissances fondamentales des processus de piles PEC, les scientifiques ont analysé des structures de matériaux, leurs défauts et leur comportement physiochimique. Ils ont développé une technique de capture de photons pour maximiser l'absorption de la lumière. La seconde période du projet a permis l'évaluation de performance et l'optimisation de dispositifs de piles PEC assemblés menant à la construction et à la démonstration de deux dispositifs présentant différentes configurations. Bien que les coûts soient légèrement plus élevés que ceux escomptés, un progrès considérable a été obtenu dans les piles PEC de séparation de l'eau et la technologie se rapproche de l'exploitation.
