L'Université de Tokyo découvre une solution aux problèmes de production d'hydrogène carburant - Utiliser la rouille

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Les scientifiques identifient un nouveau moyen sûr et efficace de produire de l'hydrogène à partir d'une solution de déchets organiques en utilisant un catalyseur dérivé de ― de toutes choses ― de la rouille.

La production d'hydrogène carburant est un objectif clé pour le développement de pratiques énergétiques durables, mais ce processus ne dispose pas encore de techniques réalisables. Heureusement, une équipe de scientifiques japonais de l'Université des sciences de Tokyo, dirigée par le professeur Ken-ichi Katsumata, a identifié une nouvelle technique d'utilisation de la rouille et de la lumière pour accélérer la production d'hydrogène à partir d'une solution de déchets organiques, une découverte qui peut révolutionner l'industrie de l'énergie propre. .


Dans le récit d’aujourd’hui sur le changement climatique, la pollution et la diminution des ressources, un carburant pourrait changer la donne dans l’industrie énergétique: l’hydrogène. Lorsqu'il est brûlé dans un moteur à combustion ou dans une centrale électrique, l'hydrogène ne produit que de l'eau, ce qui le rend beaucoup plus propre que nos combustibles fossiles actuels. Sans émissions ni production de gaz toxiques, sans contribution au changement climatique et sans smog, l'hydrogène peut être la réponse à un avenir d'énergie plus propre, alors pourquoi n'est-il pas plus largement utilisé?

Premièrement, l'hydrogène est hautement inflammable et fuit très facilement des réservoirs de stockage, ce qui entraîne des risques d'explosion potentiels pendant le stockage et le transport. Deuxièmement, bien que l'hydrogène pur soit naturellement présent sur Terre, on ne le trouve pas en quantité suffisante pour une utilisation rentable. Les atomes d'hydrogène doivent être extraits de molécules comme le méthane ou l'eau, ce qui nécessite une grande quantité d'énergie. Bien que plusieurs techniques existent pour produire de l'hydrogène carburant, les scientifiques doivent encore rendre ce procédé suffisamment «efficace» pour faire de l'hydrogène un carburant commercialement compétitif sur le marché de l'énergie.

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Depuis des décennies, les scientifiques travaillent sur ce problème. L'une des méthodes les plus prometteuses pour y parvenir consiste à utiliser des processus solaires, utilisant la lumière pour accélérer (ou «catalyser») la réaction de scission des molécules d'eau en oxygène et hydrogène gazeux. Dans les années 1970, deux scientifiques ont décrit l'effet Honda-Fujishima, qui utilise le dioxyde de titane comme photocatalyseur dans la production d'hydrogène.


S'appuyant sur cette recherche, l'équipe a cherché à utiliser un catalyseur semi-conducteur moins cher et plus facilement disponible pour cette réaction, dans l'espoir d'augmenter encore son efficacité, en réduisant les coûts de production et la sécurité du carburant hydrogène.

Leur étude publiée dans Chimie: un journal européen indique qu'en utilisant une forme de rouille appelée α-FeOOH, la production d'hydrogène sous l'irradiation d'une lampe Hg-Xe peut être 25 fois plus élevée que le catalyseur au dioxyde de titane sous la même lumière.


L'expérience menée par le professeur Katsumata et ses collègues visait à relever les défis communs rencontrés dans l'utilisation de catalyseurs à semi-conducteurs dans la production d'hydrogène solaire. Il existe trois obstacles majeurs décrits par les auteurs. Le premier est la nécessité que le matériau catalytique soit adapté à l'utilisation d'énergie lumineuse. La seconde est que la plupart des photocatalyseurs actuellement utilisés nécessitent des métaux rares ou «nobles» comme cocatalyseurs, qui sont coûteux et difficiles à obtenir.

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Ils visaient également à trouver une solution qui pourrait non seulement augmenter l’efficacité de la réaction, mais aussi empêcher l’hydrogène et l’oxygène de se recoupler et de créer un danger potentiel.

«Nous avons été vraiment surpris de la génération d'hydrogène à l'aide de ce catalyseur», déclare le professeur Katsumata, «car la plupart des oxydes de fer ne sont pas connus pour se réduire en hydrogène. Par la suite, nous avons recherché la condition d'activation de l'α-FeOOH et découvert que l'oxygène était un facteur indispensable, ce qui était la deuxième surprise car de nombreuses études ont montré que l'oxygène supprime la production d'hydrogène en capturant les électrons excités.


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L'équipe a confirmé le mécanisme de production d'hydrogène à partir d'une solution eau-méthanol en utilisant une méthode de `` chromatographie en phase gazeuse-spectrométrie de masse '', montrant que l'α-FeOOH était 25 fois plus actif que le catalyseur au dioxyde de titane utilisé dans les recherches précédentes, soutenant la production d'hydrogène stable. pendant plus de 400 heures.

«La fonction spécifique de l'oxygène dans l'activation de l'α-FeOOH induit par la lumière n'a pas encore été dévoilée. Par conséquent, explorer le mécanisme est le prochain défi. »

«Bien que nous puissions rapidement élucider la génération de carburant (hydrogène), il a fallu environ trois ans pour étudier le rôle de l'oxygène (pourquoi est-il consommé?)», A déclaré le professeur Katsumata à GNN. «A ce stade, la réaction se produit uniquement avec la lumière ultraviolette, et son rendement quantique n'est pas élevé. Nous devons poursuivre nos recherches pour améliorer l'efficacité de la réaction. »

Pour l'instant, ces découvertes de Katsumata et de ses collègues représentent de nouvelles avancées dans la production d'une source d'énergie propre et sans émissions qui sera au cœur des sociétés durables de l'avenir.

Réimprimé de Université des sciences de Tokyo

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