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L’utilisation de l’hydrogène comme source d’énergie est étudiée depuis de nombreuses années par les scientifiques comme substitut aux combustibles fossiles, mais les processus de production sont encore trop peu efficaces et rentables pour un usage à grande échelle. Cela pourrait être sur le point de changer avec cette nouvelle structure en forme de poumon, développée par l’université de Stanford, qui utilise simplement l’eau pour produire de l’hydrogène, puis de l’énergie, avec un rendement supérieur à celui des piles à combustible.

Lorsque l’air entre dans un poumon humain, il traverse une fine membrane. Cette membrane extrait l’oxygène de l’air et l’envoie dans le sang. La structure unique de l’organe rend cet échange de gaz extrêmement efficace.

Il est possible de combiner l’hydrogène et l’oxygène pour obtenir de l’électricité — et contrairement à la combustion de combustibles fossiles, le seul sous-produit est l’eau. Ce processus est connu sous le nom d’électrocatalyse. Pour cette raison, les chercheurs étudient le combustible à l’hydrogène depuis des décennies, mais ils n’ont tout simplement pas trouvé le moyen de le produire suffisamment efficacement pour rendre le processus rentable.

Sur le même sujet : Une nouvelle méthode pour générer de l’oxygène et de l’hydrogène dans l’espace à partir de l’eau

Ceci est principalement dû au fait que l’hydrogène n’existe pas souvent en tant que tel, il est nécessaire de l’isoler, souvent en séparant l’eau en hydrogène et en oxygène.

Le poumon développé par les chercheurs de Stanford, dont les spécifications ont été publiées dans la revue Joule, est essentiellement une poche réalisée à partir d’un épais film plastique. De minuscules pores hydrofuges recouvrent l’extérieur de la poche, tandis que des nanoparticules d’or et de platine tapissent son intérieur.

poumon electrocatalyse energie

Schéma illustrant les échanges au sein d’un poumon biologique (gauche) et au sein du poumon artificiel développé par les chercheurs (droite). Crédits : Jun Li et al. 2018

En plaçant la structure dans de l’eau et en appliquant une tension, les chercheurs ont pu contraindre l’appareil à produire de l’hydrogène avec un rendement supérieur de 32% par rapport à celui obtenu par une pose à plat du film. Ils prétendent que cela est dû au fait que la forme de poumon est plus efficace que les autres conceptions de pile à combustible pour minimiser les bulles qui peuvent se former — et qui nuisent à l’efficacité du processus — pendant le processus de génération d’énergie.

Le premier processus est analogue à l’expiration. Le mécanisme sépare l’eau pour produire de l’hydrogène, en oxydant les molécules d’eau à l’anode d’une batterie tout en les réduisant à la cathode. L’oxygène gazeux (ainsi que l’hydrogène gazeux) sont rapidement produits et transportés à travers une fine membrane en polyéthylène ressemblant à un alvéole.

Le deuxième processus s’apparente davantage à l’inhalation et génère de l’énergie par le biais d’une réaction consommant de l’oxygène. De l’oxygène est délivré au catalyseur à la surface de l’électrode, de sorte qu’il puisse être utilisé comme réactif lors de réactions électrochimiques.

Bien qu’il en soit encore aux premières phases de développement, la conception semble prometteuse. « La géométrie est importante » déclare Yi Cui, directeur de recherche à Stanford. L’équipe va maintenant s’intéresser à l’amélioration de sa conception et à la recherche d’un moyen de la faire tolérer des températures plus élevées ; pour l’instant, elle ne fonctionne pas au-dessus de 100 °C, ce qui pourrait poser problème pour les applications commerciales.

Source : Joule

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