Vers une production d'hydrogène vert sans iridium grâce à ce nouveau catalyseur

La quête de l'hydrogène vert, essentiel pour une transition énergétique propre, vient de franchir une étape grâce à une avancée scientifique majeure. Une équipe européenne, dirigée par l'Institut de Sciences Photoniques (ICFO) de Barcelone, a mis au point un nouveau catalyseur pour l'électrolyse de l'eau, ouvrant la voie à une production industrielle d'hydrogène sans recours aux matériaux rares et coûteux comme l'iridium.


L'hydrogène est un vecteur énergétique prometteur pour décarboner notre société. Contrairement aux combustibles fossiles, son utilisation comme carburant ne génère pas de dioxyde de carbone. Cependant, la majorité de l'hydrogène produit aujourd'hui provient d'un processus générant des émissions significatives de CO2. Pour obtenir de l'hydrogène vert, des alternatives plus durables sont nécessaires.

L'électrolyse de l'eau est une méthode potentielle pour produire de l'hydrogène vert en utilisant des énergies renouvelables. Ce procédé repose sur des catalyseurs au niveau de l'anode et de la cathode pour accélérer la décomposition de l'eau en hydrogène et en oxygène. Parmi les technologies d'électrolyse, la membrane échangeuse de protons (PEM) est particulièrement prometteuse en raison de sa grande efficacité énergétique et de ses taux de production élevés.

Traditionnellement, l'électrolyse de l'eau, notamment la technologie PEM, requiert des catalyseurs à base d'éléments rares comme le platine et l'iridium. Ces matériaux, bien que performants, posent des problèmes de coût et de disponibilité, surtout l'iridium, l'un des éléments les plus rares sur Terre. Trouver des alternatives à ces matériaux est donc un enjeu majeur.

L'équipe de l'ICFO a relevé ce défi en développant un nouveau catalyseur à base de cobalt, un métal abondant et économique. Leur approche innovante repose sur l'utilisation des propriétés de l'eau pour stabiliser le catalyseur. En intégrant de l'eau et des fragments d'eau dans la structure du catalyseur, ils ont réussi à améliorer sa stabilité dans des environnements acides, typiques des électrolyseurs PEM.


Cette avancée a été rendue possible grâce à un processus appelé délamination. En traitant un oxyde de cobalt-tungstène avec des solutions aqueuses basiques, les chercheurs ont pu remplacer les oxydes de tungstène par des molécules d'eau et des groupes hydroxyles. Ce nouveau matériau a montré des performances remarquables en termes de stabilité et d'activité sous des conditions industrielles de haute densité de courant.

Les résultats de cette recherche ont été publiés dans Science, mettant en avant une collaboration entre l'ICFO et plusieurs institutions prestigieuses, dont l'Institut de Recherche Chimique de Catalogne (ICIQ), l'Institut Catalan des Nanosciences et Nanotechnologies (ICN2), le Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Diamond Light Source et l'Institut des Matériaux Avancés (INAM).

Dr. Lu Xia, co-auteur principal de l'étude, souligne l'importance de cette découverte: "Nous avons atteint une densité de courant de 1 A/cm², un jalon significatif, avec plus de 600 heures de stabilité à cette densité. C'est une avancée majeure pour les catalyseurs sans iridium."

Bien que cette découverte représente un pas important vers l'industrialisation de la production d'hydrogène vert, des défis subsistent, notamment la durée de vie du catalyseur et l'optimisation des matériaux. L'équipe travaille déjà sur des alternatives à base de nickel et de manganèse pour améliorer encore la performance et la durabilité.

En déposant un brevet pour cette nouvelle technologie, les chercheurs espèrent accélérer son adoption industrielle, contribuant ainsi à la décarbonation de notre société et à la transition vers des énergies renouvelables plus propres.