Qu'est-ce que le fractionnement de l'eau?
La scission de l'eau est le processus de décomposition du composé chimique de l'eau en ses éléments constitutifs d'hydrogène et d'oxygène. Il existe de nombreuses approches de la séparation de l'eau, la plus courante d'entre elles étant l'électrolyse, où un courant électrique passe dans l'eau pour produire des ions d'hydrogène et d'oxygène. Bien que de nombreuses méthodes de fractionnement de l’eau ne consomment pas beaucoup d’énergie en termes d’énergie requise pour séparer l’hydrogène et l’oxygène de l’eau par rapport à l’énergie pouvant être extraite ultérieurement de l’hydrogène pur utilisé comme carburant, le processus est néanmoins considéré comme une alternative potentielle au remplacement d’un produit. la dépendance aux combustibles fossiles. Les applications utilisant l’énergie solaire et de nouveaux catalyseurs chimiques pour séparer l’eau offrent une méthode prometteuse pour générer des gains d’énergie nets renouvelables sans produire d’émissions de gaz à effet de serre ni d’autres polluants.
Le fractionnement photocatalytique de l'eau en utilisant l'énergie de la lumière ou d'autres sources d'énergie renouvelables, telles que l'énergie éolienne, est maintenant utilisé pour générer du courant électrique dans de nouvelles formes d'électrolyse. L’objectif est de créer un système de fractionnement de l’eau entièrement alimenté par des sources d’énergie renouvelables, telles que la lumière du soleil, rendant la production d’hydrogène compétitive par rapport aux combustibles fossiles. Le défi consistait à mettre au point des électrodes en matériaux peu coûteux et durables. Les composés de borate de cobalt et de nickel offrent une efficacité accrue, ils sont économiques et faciles à fabriquer. Bien que ces nouveaux composés d'électrodes soient sans danger dans les systèmes commerciaux produisant du combustible solaire, ils ne peuvent pas encore rivaliser avec l'efficacité des méthodes industrielles d'électrolyse qui utilisent des composés alcalins dangereux comme solutions électrolytiques.
Les mécanismes de séparation de l'eau les plus prometteurs en termes de gain d'énergie sont basés sur le processus de photosynthèse utilisé par les plantes pour convertir la lumière du soleil en énergie chimique. Bien que les systèmes naturels utilisés à cet effet soient très lents et que les systèmes artificiels qui l'imitaient aient initialement une efficacité de moins de 1% lorsque la recherche a commencé sur eux au Japon en 1972, de nouveaux procédés augmentent la production d'hydrogène. En 2007, des chercheurs japonais ont commencé à enduire des électrodes en silicium microcristallin hydrogéné avec des nanoparticules de platine, ce qui a encore augmenté la stabilité et la durée de vie des électrodes, ainsi que leur capacité catalytique à la dissociation de l'eau.
Des recherches similaires menées aux États-Unis par le National Renewable Energy Laboratory (NREL) visent des taux de conversion de l'efficacité solaire en hydrogène de 14% en 2015 avec une durabilité accrue des électrodes de 1 000 heures en 2005 à 20 000 heures en 2015. Au fur et à mesure que cette efficacité augmente, le coût correspondant de la production de carburants à l'hydrogène diminue, avec un coût de production de H 2 en dollars américains par kilogramme ($ / kg) en 2005, à 5 $ / kg en 2015, même à ce niveau. À ce niveau, le fractionnement de l’eau en vue de produire de l’hydrogène coûte encore trois à dix fois plus cher que la production de carburants à base d’hydrogène résultant de la reformation du gaz naturel. La recherche a encore du chemin à parcourir avant de pouvoir concurrencer économiquement le secteur énergétique établi.