Un système innovant transforme la lumière du soleil en carburant
L'énergie solaire est abondante dans la nature mais le fait que cette source d'énergie soit intermittente constitue un obstacle majeur. Pour que les énergies renouvelables soient intéressantes à une plus grande échelle, des moyens efficaces et économiques pour stocker l'énergie solaire sont nécessaires. L'une des méthodes les plus durables de stockage de l'énergie consiste à convertir directement l'eau en hydrogène à l'aide de la lumière du soleil. L'hydrogène peut alors être utilisé directement comme carburant ou transformé en hydrocarbures liquides. La scission de l'eau photoélectrochimique (PEC), un processus où l'énergie solaire est utilisée pour casser des molécules d'eau en hydrogène et oxygène, est une technologie prometteuse pour les applications de génération d'hydrogène. Dans le cadre du projet PECDEMO (Photoelectrochemical demonstrator device for solar hydrogen generation), financé par l'UE, les chercheurs ont réussi à développer un système PEC pour produire de l'hydrogène à partir d'énergie solaire. Ce dispositif solaire de scission d'eau efficace et évolutif utilise des matériaux disponibles en abondance alors que l'intégration de l'absorption de la lumière et des fonctionnalités d'électrolyse réduit les coûts d'équilibre du système. L'analyse technico-économique montre que dans certaines conditions, cette approche peut faire concurrence aux systèmes couplés photovoltaïques-électrolyse. Le dispositif tandem hybride récemment mis au point pour la scission de l'eau utilise un photo-électrode stable basé sur des oxydes de métal comme absorbeur supérieur et une pile solaire efficace comme absorbeur inférieur. La stabilité et la durabilité des photo-électrodes est stimulée par la fonctionnalisation avec des électrocatalyseurs efficaces, l'application de couches de transport sélectives et d'enduits protecteurs et le choix de solutions d'électrolyte et de conditions d'utilisation appropriées. Malgré le système innovant du projet, la technologie basée PEC pour la scission solaire de l'eau est loin d'être une solution viable commercialement en raison de la modeste efficacité de conversion atteinte à de grandes échelles. En outre, la capacité d’un seul système à satisfaire aux trois exigences (efficacité, stabilité et évolutivité) reste un défi majeur. PECDEMO a tout de même repoussé les limites pour les applications réelles et réalisé un travail de pionnier, permettant de révéler et de surmonter les mécanismes de limitation et d'ouvrir la voie à des solutions futures basées sur la PEC et les piles solaires.
Mots‑clés
Énergie solaire, hydrogène, photo-électrochimique, scission de l'eau, PECDEMO
