L'hydrogène est considéré comme un carburant presque idéal car lorsqu'il est brûlé, il n'émet pas de gaz à effet de serre nocifs tels que le CO2 - uniquement de la vapeur d'eau. L'ère du carburant propre n'est cependant pas encore arrivée - il est trop cher de produire de l'hydrogène. L'une des raisons est que le procédé utilise des catalyseurs à base de métaux nobles.
Les scientifiques de l'Université polytechnique de Tomsk (TPU) ont trouvé une alternative plus abordable aux métaux du groupe du platine et ont développé une technologie pour produire un matériau prometteur - le carbure de tungstène cubique. Comment la découverte des chercheurs russes rapprochera l'utilisation généralisée de l'hydrogène carburant - sous la coupe.
Pourquoi l'hydrogène?
La demande d'hydrogène augmente et le volume de son utilisation double tous les 15 ans. Cet élément chimique est largement utilisé dans l'industrie pétrolière.
De plus, l'hydrogène joue un rôle clé dans la soi-disant décarbonisation de l'économie, ce qui signifie éviter l'utilisation d'hydrocarbures. En tant que carburant, c'est l'une des alternatives les plus inoffensives. Selon les estimations de BloombergNEF (BNEF), l'hydrogène dit "vert" obtenu par électrolyse peut réduire l'émission globale de gaz à effet de serre à 34% de l'année 2050.
Aujourd'hui, le volume du marché de l'hydrogène carburant est estimé à 700 milliards de dollars. Dans tous les documents stratégiques de l'Union européenne, adoptés récemment, l'hydrogène est nommé le principal moteur de croissance pour surmonter la crise économique causée par le COVID-19.
Difficultés de production
L'hydrogène n'est pratiquement pas trouvé sur Terre sous sa forme pure; l'élément est extrait d'autres composés à la suite de réactions chimiques. En règle générale, il s'agit d'une production économiquement non rentable ou difficile à mettre sur des rails industriels. Les scientifiques étudient diverses façons de rendre la production d'hydrogène moins chère et plus facile. Après tout, cela affecte directement la rapidité avec laquelle le monde peut passer à des carburants plus verts.
experts BNEF prédisent que même avant 2030, « vert »hydrogène coûtepeu plus2 $ / kg et seraconcurrence aveccharbon etgaz naturel dansindustrie, par exemple, dansproduction d'acier. Et d'ici 2050, l'élément chimique pourra rivaliser en prix avec le charbon le moins cher, sans produire un seul gramme de CO2.
Les perspectives sont bonnes. Par exemple, il y a un an, la compagnie pétrolière allemande Shell a commencé à construire l' une des plus grandes usines de production d'hydrogène au monde par électrolyse. Il est prévu de commencer à fonctionner d'ici la fin de l'année et sera en mesure de produire jusqu'à 1 300 tonnes d'hydrogène par an.
Catalyseur moins cher
En règle générale, l'électrolyse de l'hydrogène utilise des catalyseurs constitués de métaux du groupe du platine - platine, iridium, ruthénium et leurs dérivés. Tous sont classés comme métaux précieux et sont très chers.
Un analogue moins cher est le carbure de tungstène cubique. Les conditions de sa production ne sont pas simples: la synthèse nécessite une température de 3000 ° C et un refroidissement très rapide. Mais les scientifiques de l'Université polytechnique de Tomsk ont ​​réussi à développer un dispositif permettant la production de ce matériau avec un pourcentage de pureté élevé (jusqu'à 95%).
Installation de la source - accélérateur magnétoplasma coaxial. Il atteint des températures élevées et un refroidissement ultra-rapide à l'aide de jets de plasma. Leur vitesse est supérieure à 3 km / s et la réaction elle-même prend moins de 1 ms. Des poudres de tungstène et de noir de carbone disponibles et relativement bon marché sont placées dans l'accélérateur. Dans la chambre de travail de l'appareil, les poudres initiales sont transformées en carbure de tungstène cubique lors de la réaction plasma-chimique. Les scientifiques ont décrit les résultats des expériences dans la revue scientifique Journal of Alloys and Compounds .
«Les nanoparticules de carbure de tungstène cubique obtenues au cours de la réaction sont utilisées avec succès dans la réaction d'obtention d'hydrogène à partir d'eau. Cela permettra de minimiser l'utilisation des métaux nobles rares et coûteux du groupe du platine », explique Ivan Shanenkov, professeur associé au département de génie électrique et électrique de TPU .
Et après
Les scientifiques du TPU ont confirmé la nature prometteuse du matériau avec des chercheurs chinois de l'Université de Jilin et de l'Université de Qingdao. À l'avenir, les scientifiques prévoient d'augmenter l'activité catalytique du matériau et d'abandonner complètement l'utilisation de métaux nobles coûteux dans l'électrocatalyse de l'hydrogène à partir de l'eau.
