Rendre l’hydrogène vert plus durable et plus facile à déployer à grande échelle
L’hydrogène vert est un carburant zéro émission produit par électrolyse de l’eau alimentée par des énergies renouvelables. Les électrolyseurs à membrane échangeuse de protons (MEP), qui utilisent l’électricité pour décomposer l’eau, figurent parmi les technologies les plus prometteuses pour produire de l’hydrogène vert grâce à leur compatibilité avec les énergies renouvelables. Le principal défi réside toutefois dans leur dépendance aux métaux du groupe du platine, coûteux et rares. L’iridium, par exemple, constitue un excellent catalyseur pour la réaction de dégagement de l’oxygène et résiste aux conditions acides extrêmes présentes à l’intérieur des électrolyseurs. Or, la production mondiale d’iridium ne dépasse pas huit tonnes par an, ce qui représente une contrainte majeure. En parallèle, les procédés de fabrication actuels, comme les revêtements catalytiques, restent lents, complexes et difficiles à maîtriser de manière uniforme, ce qui limite leur adaptation à la production de masse.
Réduire la dépendance aux matières premières critiques
Le projet Naco Tech(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), financé par l'UE, s’est attaqué à deux défis étroitement liés: réduire l’utilisation de matières premières critiques dans les systèmes à hydrogène et développer une méthode plus évolutive et mieux contrôlée pour appliquer les revêtements catalytiques. «Notre solution reposait sur une technique appelée pulvérisation magnétron à haute vitesse (HMS)», explique Pāvels Nazarovs, de chez Naco Technologies(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), en Lettonie. «La couche catalytique se présente sous la forme d’un revêtement nanostructuré très fin, dont l’épaisseur, la composition et la charge peuvent être contrôlées avec précision.» Soutenu par le Conseil européen de l’innovation(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), le projet Naco Tech avait pour objectif de faire évoluer la technologie HMS d’un procédé par lots vers une production continue de type roll-to-roll, permettant de revêtir en continu des membranes ou d’autres substrats flexibles. Pour ce faire, l’équipe du projet a collaboré avec des fabricants d’électrolyseurs MEP et de piles à combustible, ainsi qu’avec des chercheurs de l’université de Lettonie.
Réduction majeure de la charge d’iridium
L’équipe a démontré que la technologie HMS permettait de créer et d’appliquer les revêtements catalytiques en une seule étape, sans recourir à des encres catalytiques ni à des procédés de chimie humide. «Nous avons également atteint notre principal objectif technique: réduire d’un facteur 10 la quantité d’iridium utilisée sans compromettre les performances», souligne Pāvels Nazarovs. «Dans nos meilleures configurations de membranes, la couche catalytique déposée par HMS a même surpassé les échantillons commerciaux de référence tout en utilisant beaucoup moins d’iridium.» Les membranes revêtues de catalyseur sélectionnées ont été testées dans un véritable empilement d’électrolyseurs, confirmant que ces revêtements peuvent fonctionner dans des conditions réelles et pas uniquement dans de petites cellules de laboratoire. «La prochaine étape consiste désormais à passer à l’échelle supérieure», confie Pāvels Nazarovs. «Nous devons maintenant évoluer d’un procédé par lots et pilote vers une production continue roll-to-roll, afin de revêtir des membranes en plus grands volumes tout en garantissant une qualité stable et des performances reproductibles.»
Vers un cycle énergétique européen plus résilient
La principale contribution de Naco Tech sera de faciliter la production d’hydrogène à grande échelle tout en réduisant les coûts. «Plus largement, l’hydrogène vert peut aider l’Europe à bâtir un système énergétique plus complet et plus indépendant», explique Pāvels Nazarovs. «L’électricité renouvelable produite à partir de l’éolien et du solaire peut servir à produire de l’hydrogène, qui peut ensuite être stocké et transporté. Il pourra alors être réutilisé dans l’industrie, les transports lourds, l’équilibrage des réseaux électriques et d’autres secteurs difficiles à électrifier directement.» Cette approche pourrait permettre de construire un cycle énergétique beaucoup plus robuste fondé sur les ressources renouvelables européennes, plutôt que de dépendre des combustibles fossiles importés et d’approvisionnements gaziers géopolitiquement sensibles. «L’objectif global est de soutenir un hydrogène vert moins coûteux, des chaînes d’approvisionnement européennes plus résilientes, une moindre dépendance aux énergies fossiles importées et un avenir industriel plus durable», conclut Pāvels Nazarovs.
