Nouveau procédé de pyrolyse du méthane pour la production d'hydrogène mis au point à l'Université Stanford, avec un rendement décuplé

fr.wedoany.com Rapport : L'équipe de recherche de la faculté d'ingénierie de l'Université Stanford a rapporté dans la revue Science un nouveau procédé de pyrolyse du méthane pour la production d'hydrogène. Ce nouveau procédé fournit la chaleur depuis l'intérieur du réacteur, décomposant directement le méthane en hydrogène et en carbone solide. Selon les chercheurs, à apport énergétique égal, le rendement matériel du nouveau réacteur est environ dix fois supérieur à celui des méthodes de chauffage externe traditionnelles.

La filière actuelle de production d'hydrogène à partir de gaz naturel émet du dioxyde de carbone gazeux tout en obtenant de l'hydrogène ; la pyrolyse du méthane, quant à elle, décompose le méthane en hydrogène et en carbone solide, sans produire de dioxyde de carbone gazeux. Cette technologie est étudiée depuis de nombreuses années, mais elle a toujours eu du mal à passer de l'échelle du laboratoire à celle de l'industrie, principalement en raison de deux obstacles : l'élimination du carbone solide du réacteur et l'apport d'une chaleur suffisante pour le processus de réaction. Henry Moise, co-premier auteur de l'article et chercheur au département de génie chimique de l'Université Stanford, a indiqué que ces travaux se concentrent sur ce dernier problème, celui de l'apport de chaleur.

Matteo Cargnello, auteur principal de l'article et professeur associé de génie chimique à l'Université Stanford, a déclaré que pour que la pyrolyse atteigne une échelle correspondant au marché de l'hydrogène, les réacteurs doivent être construits très grands et doivent être chauffés à 1000 degrés Celsius, avec un mode de chauffage extrêmement efficace. Les réacteurs industriels actuels sont pour la plupart chauffés de l'extérieur ; plus le réacteur est grand, plus il est difficile pour la chaleur de pénétrer jusqu'au centre du réacteur. L'équipe de recherche n'a pas utilisé la combustion externe de gaz naturel, qui produit du dioxyde de carbone, mais a placé un brûleur à l'intérieur du réacteur pour brûler sélectivement une partie de l'hydrogène. Les produits de combustion de cette partie de l'hydrogène sont principalement de l'eau, ce qui favorise la réaction de craquage du méthane tout en évitant les émissions directes de dioxyde de carbone.

Selon Moise, ce mode de chauffage autothermique multiplie l'efficacité par environ dix. À énergie égale, le rendement matériel du réacteur utilisant la nouvelle méthode équivaut à celui d'environ dix réacteurs utilisant le chauffage externe traditionnel. L'étude a également révélé que le carbone solide produit par la réaction se dépose sous forme de graphite de haute qualité, pouvant être utilisé dans des produits tels que les batteries et les électrodes. Moise qualifie cela de « plus grande surprise » du projet.

Moise a souligné qu'au moins quelques points de pourcentage du PIB dépendent de l'hydrogène. Il a pris l'exemple des engrais : la production d'ammoniac est indissociable de l'hydrogène, et l'on estime que les engrais ammoniacaux nourrissent environ la moitié de la population mondiale ; l'hydrogène est également utilisé dans le raffinage du pétrole pour éliminer le soufre de l'essence et contribue à la production de produits tels que le méthanol. L'hydrogène est « omniprésent au point d'en devenir invisible ». L'équipe de recherche espère que ce nouveau procédé pourra créer les conditions d'une production d'hydrogène propre et peu coûteuse.

Selon l'article, le co-premier auteur de l'article comprend également Sebastian Moll, un étudiant invité allemand, qui a travaillé dans le laboratoire de Moise pendant six mois. L'équipe d'Eric McFarland de l'Université de Californie à Santa Barbara a fourni des données sur des réacteurs de plus grande échelle ; Arun Majumdar a encouragé l'équipe à relever ce défi. Les autres co-auteurs incluent Joshua Martinez-Navarro et Sai Varanasi de l'Université Stanford, l'ancien chercheur postdoctoral Kun Xu, ainsi que des chercheurs de l'Université de Californie à Santa Barbara et de l'Institut de technologie de Karlsruhe en Allemagne.

L'Université Stanford a déposé une demande de brevet provisoire concernant ces résultats de recherche. Les travaux ont été financés par la Fondation Kavli, le Carbon Hub de l'Université Rice, l'Initiative gaz naturel de Stanford et le Centre de recherche sur le CO2 de l'Université d'Aarhus au Danemark. Cargnello a indiqué qu'il faudra encore étendre l'échelle de la recherche pour valider l'application de cette méthode dans la production d'hydrogène à grande échelle.