Source : spectrum.ieee.org
Les panneaux solaires se multiplient sur les toits et dans les jardins du monde entier alors que les communautés réclament de l’électricité renouvelable. Mais les ingénieurs en Belgique affirment que les panneaux pourraient faire plus que garder les lumières allumées - ils pourraient également produire de l’hydrogène gazeux sur place, permettant aux familles de chauffer leurs maisons sans augmenter leur empreinte carbone.
Une équipe àKatholieke Universiteit Louvain, ou KU Leuven,dit qu’il a développéun panneau solaire qui convertit la lumière du soleil directement en hydrogène en utilisant l’humidité de l’air. Le prototype prend la vapeur d’eau et la divise en molécules d’hydrogène et d’oxygène. Si elle évolue avec succès, la technologie pourrait aider à relever un défi majeur auquel l’économie de l’hydrogène est confrontée.
L’hydrogène, contrairement aux combustibles fossiles, ne produit pas d’émissions de gaz à effet de serre ou de pollution atmosphérique lorsqu’il est utilisé dans des véhicules ou des bâtiments alimentés par des piles à combustible. Pourtant, presque tout l’hydrogène produit aujourd’hui est fabriqué à l’aide d’unprocessus industrielcela concerne le gaz naturel, ce qui, en fin de compte, injecte plus d’émissions dans l’atmosphère.
Un nombre restreint mais croissant d’installations produisent de l’hydrogène « vert » par électrolyse, qui divise les molécules d’eau à l’aide d’électricité, idéalement à partir de sources renouvelables telles que l’éolien et le solaire. D’autres chercheurs, dont l’équipe en Belgique, développent ce qu’on appelle des technologies de fractionnement de l’eau solaire directe. Ceux-ci utilisent des composants chimiques et biologiques pour diviser l’eau directement sur le panneau solaire, ce qui renonce au besoin de grandes usines d’électrolyse coûteuses.
« Trouver un moyen de créer de l’hydrogène d’une manière plus facile ou plus efficace est peut-être une quête du Saint Graal », ditJim Fenton, qui dirige l'Centre d’énergie solaire de Florideà l’Université de Floride centrale.
KU Leuvense trouve sur un campus herbeux en Flandre, la région néerlandophone du nord de la Belgique. Plus tôt ce mois-ci, professeurJohan Martenset son équipe auCentre de chimie et de catalyse de surfaceont annoncé que leur prototype pourrait produire 250 litres d’hydrogène par jour en moyenne sur une année complète, ce qui, selon eux, est un record du monde. Une famille vivant dans une maison belge bien isolée pourrait utiliser environ 20 de ces panneaux pour répondre à ses besoins en énergie et en chauffage pendant une année entière, prédisent-ils.
Le panneau solaire mesure 1,65 mètre de long - à peu près la hauteur d’un réfrigérateur de cuisine, ou de ce journaliste - et a une puissance nominale d’environ 210 watts. Le système peut convertir 15 pour cent de l’énergie solaire qu’il reçoit en hydrogène, explique l’équipe. Il s’agit d’un bond significatif par rapport à l’efficacité de 0,1 % qu’ils ont atteinte pour la première fois il y a 10 ans. (Séparément, les chercheurs internationaux de l’année dernièreont déclaré avoir atteint19 pour cent d’efficacité dans la production d’hydrogène à partir de la séparation directe de l’eau solaire.)
Cependant, le laboratoire de Martens était très discret sur sa technologie.Tom Bosserez, un chercheur postdoctoral, a refusé de divulguer des détails, invoquant des préoccupations en matière de propriété intellectuelle. Il dit seulement que le laboratoire se spécialise dans « les catalyseurs, les membranes et les adsorbants ».
« Grâce à notre expertise dans ce domaine, nous avons pu développer un système très efficace pour prélever l’eau de l’air et la diviser en hydrogène en utilisant l’énergie solaire », a écrit Bosserez dans un courriel. Interrogé sur certains des défis d’ingénierie auxquels ils ont été confrontés au cours d’une décennie de développement, il dit: « La partie la plus difficile est d’obtenir l’eau de l’air. »
Les articles universitaires offrent des indices épars sur la technologie, bien que Bosserez affirme que leurs recherches « vont au-delà de ce que nous publions ». Au cours des dernières années, les ingénieurs ont étudié l’efficacité d’une variété de matériaux, y compris poreux, multi-jonctionscellules solaires au siliciumavec des « dimensions des pores à l’échelle micrométrique »;catalyseurs à couche mincefabriqué à partir d’oxyde de manganèse (III); et un poly (alcool vinylique)membrane échangeuse d’anionsimpliquant une solution d’hydroxyde de potassium et des catalyseurs à base de nickel.
Martens dit généralement que son équipe utilise des « matières premières bon marché » au lieu de métaux précieux et d’autres composants coûteux. « Nous voulions concevoir quelque chose de durable qui soit abordable et qui puisse être utilisé pratiquement n’importe où» »il a dit à la VRT, un réseau public de radiodiffusion en Belgique.
Les chercheurs prévoient de tester leur prototype sur le terrain dans une maison de la ville rurale d’Oud-Heverlee. L’hydrogène serait stocké dans un petit récipient sous pression souterrain pendant les mois d’été, puis pompé dans toute la maison pendant l’hiver. Si tout se passe comme prévu, Martens dit que l’équipe pourrait installer 20 panneaux à la maison, ou construire un système de quartier plus grand pour permettre à d’autres familles d’utiliser l’hydrogène « vert ».
Fenton, du Florida Solar Energy Center, affirme qu’il est beaucoup trop tôt pour déterminer si ou quand les panneaux solaires produisant de l’hydrogène pourraient devenir économiquement viables. La technologie en est encore au tout début de sa mise au point et, en particulier aux États-Unis, les combustibles de chauffage existants, comme le gaz naturel, sont relativement bon marché. Cependant, alors que les pays s’efforcent de lutter contre le changement climatique et que de plus en plus de communautés installent des infrastructures locales d’énergie renouvelable comme l’énergie solaire sur les toits, il voit un rôle potentiel pour ces systèmes d’hydrogène.
« Si l’application fonctionne, elle pourrait se prêter très bien à la production d’hydrogène que je pourrais stocker et utiliser pour le chauffage de ma maison, pour la cuisine, peut-être l’exécuter dans ma voiture à pile à combustible », dit Fenton. « Ce sont ces types d’opportunités futuristes. Mais c’est encore quelque chose auquel nous devons nous préparer.
