Le craquage de l'eau est un procédé permettant l'obtention d'hydrogène et d'oxygène, par électrolyse ou en dissociant par la chaleur les atomes composant la molécule d'eau H2O. C'est une réaction thermochimique se produisant à haute température (entre 850 °C et 900 °C), ou en phase gazeuse à 2,500 °C - 3,000 °C
C'est une des pistes envisagée pour massivement produire de l'hydrogène à destination des piles à combustible, notamment pour les applications mobiles (voiture, téléphone portable, PC portable, etc.)
Bilan de la décomposition d'une molécule d'eau :
H2O → H2 + ½ O2
La molécule d'eau HO est constituée de 2 liaisons O-H et chaque liaison a une énergie molaire de 460 kJ, ce qui représente 2 x 460 = 920 kJ pour une mole d'eau.
D’où la rupture des liaisons O-H des molécules d'eau pour une mole d'eau nécessite l'apport de 920 kJ (côté gauche de l’équation).
Cependant la recomposition des atomes d'hydrogène H en H (hydrogène gazeux) va produire un apport d'énergie :
H-H → H2
Cette recomposition apporte 432 kJ.
De même pour la recomposition des atomes d'oxygène :
½ O-O → ½ O2
Cette réaction va libérer ½ x 494 kj soit 247 kJ.
Solde de l'opération :
920 - 432 - 247 = 241 kJ
Ainsi la fabrication de 2 grammes d'hydrogène par craquage d'une mole d'eau (sans tenir compte des pertes) nécessite l'apport de 241 kJ, soit 120 500 kJ pour fabriquer 1 kg d’hydrogène ou encore 33,5 kWh/kg d'hydrogène.
Cette valeur ne tient pas compte de l'énergie supplémentaire, nécessaire pour amener l'eau à la température de craquage, dont une partie est forcément gaspillée.
Le craquage de l'eau est déjà effectué à échelle industrielle par électrolyse alcaline à 90 °C. Il n'est pas encore compétitf par rapport à l'hydrogène issu du réformage du méthane, sauf pour des applications nécessitant un hydrogène très pur. Cette situation est susceptible d'évoluer rapidement si une taxe sur les émissions de gaz à effet de serre (Taxe carbone...) s'appliquait au réformage du méthane.
La production de l'énergie nécessaire au craquage, afin d'être une véritable avancée sur le plan écologique, devra se faire par une source d'énergie primaire propre et ne rejetant pas de gaz à effet de serre.
C'est la filière nucléaire et la filière éolienne qui offrent ici les pistes les plus prometteuses. En effet, les réacteurs nucléaires de nouvelle génération, encore sur la planche à dessin, pourraient permettre un double usage de la fission à des fins de production électrique classique et d'hydrogène. Les réacteurs nucléaires du type HTR (High Temperature Reactor | Réacteur à Haute Température) ou HTGR (Hight Temperature Gaz Cooled Reactor | Réacteur Haute Température refroidi au Gaz) permettraient d'envisager d'autres alternatives que l'électrolyse alcaline, s'ils sont produits.
L'avantage du HTGR est qu'il brûle les matières fissibles les plus fréquentes, dont le plutonium. L'autre avantage de l'utilisation de l'énergie nucléaire réside dans le fait que les déchets sont produits dans des quantités très faibles par rapport à l'énergie produite, et que ceux-ci peuvent être stockés en attente d'enfouissement, traitement ou autre procédé. Le stockage des déchets pose cependant encore des problèmes non résolus. Ces déchets étant extrêmement polluants et sur une très longue période, il serait préférable de trouver une énergie alternative plus "propre".
Un des principaux inconvénients de l'éolien est son caractère intermittent pour son raccord au réseau électrique. Dans le cas de production d'hydrogène, ce problème ne se pose plus dans la mesure où l'hydrogène est facilement stockable. La filière éolienne est de fait très intéressante, couplée aux électrolyseurs alcalins.
On cherche à produire de très petites piles à hydrogène pour alimenter la microélectronique, et divers micro-machines, micro ou nanocapteurs, etc. Le craquage de l'eau pourrait être une source intéressante d'hydrogène.
En 2010, au japon, le RIKEN a annoncé travailler sur une nouvelle méthode de décomposition de la molécule d'eau (H2O), permettant de sélectionner les produits de la réaction (OH- et H+ ou O et H2). Le procédé utilise un catalyseur qui est un monocristal d'argent plaqué d'une couche infrananométrique (1 atome d'épaisseur) d'oxyde de magnésium (MgO, normalement isolant mais devenant conducteur en couche mono-atomique ; il qui s'est ici montré plus efficace que le platine).
Ce catalyseur MgO est produit par vaporisation de magnésium dans un environnement oxygéné. Quand il est fortement refroidi (à -268,45°C, soit 4,7 °K), l'eau se craque à son contact si on la bombarde d'électrons (via un microscope à effet tunnel). Quand ces électrons ont une énergie dépassant 1,5 eV, la molécule d'eau peut être électriquement excitée par les électrons et alors spontanément perdre ses deux atomes d'hydrogène. Sinon, le bombardement électronique fait vibrer la molécule d'eau. Cette vibration étant plus longue que l'intervalle de temps séparant l'arrivée d'un électron du suivant. Chaque électron vient renforcer l'état de vibration provoquée par le précédent, ce qui augmente la vibration jusqu'à rupture d'une liaison oxygène hydrogène : la molécule d'eau perd un seul atome d'hydrogène. La prochaine étape annoncée est l'étude de l'importance de l'épaisseur du catalyseur.