Ils assurent le transport et le stockage de l’hydrogène en toute sécurité

Le principal défi du stockage et du transport de l’hydrogène réside dans sa faible capacité énergétique par unité de volume, ce qui implique la nécessité de disposer de grands volumes d’hydrogène pour transporter une quantité importante d’énergie. Plusieurs stratégies ont été explorées pour éviter cette limitation. La compression à haute pression est une option, mais elle s’accompagne d’installations de compression coûteuses et de problèmes de sécurité. Une autre alternative est la liquéfaction, mais elle implique également des coûts d’infrastructure et d’énergie considérables. De plus, l’hydrogène, étant très réactif, présente des risques supplémentaires pour la sécurité en raison de sa propension à réagir violemment avec l’oxygène sur une large gamme de concentrations et de sa capacité à s’échapper facilement par de petites fissures.

En raison de ces limites et risques, le développement de méthodes sûres, efficaces et économiques de stockage et de transport de l’hydrogène constitue un domaine de recherche en pleine croissance visant à améliorer la viabilité de cette forme d’énergie dans des applications à grande échelle.

Une équipe de recherche dirigée par l’Université autonome de Madrid (UAM) et le Conseil supérieur de la recherche scientifique (CSIC), deux institutions espagnoles, a développé une technologie de production d’hydrogène dans des conditions ambiantes à partir d’acide formique, en l’utilisant comme composé liquide contenant de l’hydrogène.

Cette percée offre une solution pour le transport et le stockage de l’hydrogène sûrs, durables et économiques du futur. Les résultats ont été déposés pour une protection par brevet et récemment publiés dans la revue académique Journal of Materials Chemistry A.

L’hydroformique, c’est le nom du procédé développé par l’équipe de recherche, représente une technologie innovante qui permet d’obtenir instantanément de l’hydrogène propre à partir de l’acide formique dans des conditions environnementales standard à 25 degrés Celsius et 1 atmosphère de pression. «La pierre angulaire de cette technologie réside dans le développement d’un catalyseur structuré, fabriqué à l’aide de technologies d’impression 3D, capable d’accélérer la déshydrogénation catalytique de l’acide formique au contact de celui-ci», explique Manuel Belmonte, chercheur CSIC dans le Groupe de Céramiques Techniques de l’Institut de la Céramique et du Verre (ICV), CSIC.

Ce catalyseur structuré est composé d’un monolithe 3D hautement poreux à base de charbon actif, recouvert de nanoparticules de palladium agissant comme catalyseur actif. « L’application de techniques de fabrication 3D nous permet de varier la conception du catalyseur, favorisant une libération plus efficace des bulles d’hydrogène et de CO2 générées dans les centres actifs du palladium vers le milieu réactionnel ; De cette façon, on obtient une plus grande efficacité dans la production d’hydrogène que celle qui peut être obtenue dans les réacteurs conventionnels », explique Asunción Quintanilla, scientifique du groupe PROSIAM du Département de Génie Chimique de l’UAM.

Les avancées réalisées par l’équipe, dirigée par Irene Díaz-Herrezuelo de l’Institut de Céramique et Verre (ICV) du CSIC, montrent des conversions d’acide formique comprises entre 81% et 99%, maintenues pendant de longues périodes de fonctionnement, en fonction de les conditions utilisées. Des facteurs tels que la température, la concentration initiale en acide formique et le temps de contact avec le catalyseur sont déterminants dans ce procédé. Bien que le catalyseur se désactive au fil de son utilisation, il peut être facilement régénéré grâce à un simple processus de séchage à 60 degrés Celsius. « La sélectivité du procédé vers la déshydrogénation de l’acide formique est toujours de 100 %, en aucun cas le CO n’est détecté. De plus, le CO2 généré au cours du processus peut être capté à la sortie du réacteur, ce qui donne lieu à un flux de gaz H2 de haute pureté à la sortie du processus », explique Asunción Quintanilla.

Réacteur en fonctionnement avec production de bulles d’hydrogène et de CO2. (Photo : Asunción Quintanilla et Manuel Belmonte)

Ces résultats, prometteurs au niveau du laboratoire, sont également directement transposables à une échelle bien plus grande, pour augmenter la production d’hydrogène de haute qualité. « Parmi les avantages du procédé, il y a qu’il ne nécessite pas d’équipement sous pression et qu’il utilise un catalyseur fabriqué selon des techniques d’impression 3D, ce qui lui permet de s’adapter facilement à n’importe quelle géométrie et dimensions du réacteur », souligne le chercheur de l’UAM.

Une alternative prometteuse pour une manipulation sûre de l’hydrogène est l’utilisation de composés organiques liquides porteurs d’hydrogène, connus sous le nom de LOHC ou carriers dans leur terminologie anglaise. « L’hydrogène est chimiquement lié au LOHC, qui est stocké et transporté en phase liquide. LOCH peut libérer de l’hydrogène lorsque cela est nécessaire grâce à une réaction chimique de déshydrogénation catalytique », ajoute Quintanilla.

En hydroformique, l’utilisation de l’acide formique comme LOHC est proposée de manière innovante en raison de sa stabilité et de sa faible toxicité. Ce composé peut être distribué et stocké dans des conditions ambiantes en utilisant l’infrastructure existante pour le pétrole brut et ses dérivés. “Le principal avantage est que l’acide formique peut être dérivé de sources renouvelables au lieu de dépendre du pétrole, comme c’est le cas du (pétro)LOHC utilisé jusqu’à présent”, conclut le chercheur du CSIC.

Díaz-Herrezuelo et ses collègues présentent les détails techniques de leurs dernières avancées dans la revue académique Journal of Materials Chemistry A, sous le titre « Catalyseurs à base de palladium / charbon actif imprimés en 3D pour la déshydrogénation de l’acide formique comme support d’hydrogène ». (Source : UAM/CSIC)