L'UNSW et d'autres découvrent une méthode pour réduire les bulles d'hydrogène vert

fr.wedoany.com Rapport : Une équipe de recherche de l'Université de Nouvelle-Galles du Sud (UNSW), en collaboration avec TotalEnergies et l'École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), a trouvé un moyen d'améliorer l'efficacité de la production d'hydrogène vert en optimisant la conception structurelle des électrodes poreuses des électrolyseurs. Les résultats ont été publiés dans la revue Energy & Environmental Science.

L'électrolyse de l'eau, qui utilise des énergies renouvelables pour décomposer l'eau en hydrogène et en oxygène, est la voie centrale de la production d'hydrogène vert. Cependant, les électrolyseurs à l'échelle industrielle sont confrontés depuis longtemps à un goulot d'étranglement : les bulles d'hydrogène produites pendant le fonctionnement s'accumulent dans les électrodes poreuses, bloquant les sites actifs de réaction et limitant sévèrement le transfert de masse à des densités de courant élevées.

Le professeur Peyman Mostaghimi, chercheur principal à la Faculté de génie civil et environnemental de l'UNSW, a déclaré que la production d'hydrogène vert par électrolyse de l'eau est essentielle pour des secteurs difficiles à décarboner, comme la sidérurgie et le transport lourd. L'équipe a découvert que la forme et la structure des électrodes poreuses sont tout aussi importantes que les performances électrochimiques : « Si la structure est bien conçue, elle peut empêcher les bulles de boucher le système, ce qui améliore considérablement son efficacité. »

L'équipe de recherche a combiné l'imagerie par rayonnement synchrotron in situ avec des simulations numériques à l'échelle des pores, permettant pour la première fois une observation visuelle in situ de la formation, de la croissance et de l'accumulation des bulles d'hydrogène pendant le processus d'électrolyse. Cette méthode leur a permis d'observer en temps réel le comportement des bulles à l'intérieur de la structure poreuse sans démonter la cellule. Les résultats d'imagerie montrent qu'une structure de pores hautement ordonnée et uniforme entraîne le moins de rétention de gaz. Cela signifie que la structure des pores est directement liée à la rétention de gaz, offrant aux fabricants une orientation claire pour concevoir des systèmes plus efficaces.

Le professeur Ryan Armstrong, collaborateur de recherche à la Faculté de génie civil et environnemental de l'UNSW, a souligné qu'auparavant, les scientifiques ne pouvaient pas voir réellement à l'intérieur des électrodes avec les technologies avancées. Le Dr Ying Da Wang, de la Faculté des ressources minérales et énergétiques de l'UNSW, qui a dirigé les simulations d'écoulement et l'analyse, a ajouté que ces travaux montrent que les limitations du transfert de masse sont fondamentalement liées à la structure des électrodes, et pas seulement à l'activité catalytique. Le Dr Quentin Meyer et le professeur Chuan Zhao, de la Faculté de chimie de l'UNSW, ont effectué les analyses électrochimiques et ont confirmé que la combinaison de l'imagerie en temps réel, de simulations avancées d'écoulement diphasique et de mesures de performance permet de comprendre comment l'accumulation de bulles d'hydrogène affecte les performances pendant l'électrolyse de l'eau.

Actuellement, l'équipe de recherche étend ses travaux à l'évaluation technico-économique intégrant la production d'hydrogène vert au transport et au stockage à grande échelle dans des réservoirs poreux souterrains. Le professeur Mostaghimi a déclaré que l'économie de l'hydrogène propre dépend de la bonne articulation de chaque maillon : « En considérant globalement la production, le transport et le stockage souterrain, nous pouvons montrer aux décideurs politiques et à l'industrie ce qui est réellement réalisable et quel en est le coût. »