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La magie de l'eau : comment diviser l'eau en hydrogène et en oxygène ?
La technologie de séparation de l'eau est comme une magie donnée à l'eau, qui peut la convertir en hydrogène et en oxygène. Ce processus est non seulement omniprésent dans la nature, mais constitue également la technologie de base de la future économie de l’hydrogène. Cependant, dans les applications pratiques, la décomposition de l’eau présente de nombreux défis, en particulier la manière d’obtenir de l’hydrogène de manière efficace et économique, ce qui constitue l’objet de recherche de nombreux scientifiques et ingénieurs.
Les défis de l'eau électrolysée
L'électrolyse de l'eau est le processus de décomposition de l'eau (H2O) en oxygène (O2) et hydrogène (H2). Ce processus est simple mais difficile car l’énergie électrique requise dépasse souvent la valeur économique de l’hydrogène lui-même.
Bien que l'électrolyse à basse température soit moins efficace, l'électrolyse à haute température (HTE) peut permettre d'augmenter le taux de conversion d'énergie jusqu'à environ 50 %.
En effet, l'électrolyse à haute température utilise une partie de l'énergie thermique dans la réaction chimique, de sorte que l'énergie convertie est plus efficace. Grâce aux progrès de la technologie de l’électrolyse, il sera possible à l’avenir de parvenir à une production d’hydrogène plus efficace.
Décomposition de l'eau lors de la photosynthèse
Une autre forme de division de l'eau peut être observée lors de la photosynthèse, mais dans ce processus, les électrons produits ne sont pas finalement utilisés pour produire de l'hydrogène gazeux, mais sont utilisés pour réduire le dioxyde de carbone et créer du sucre. L'effet « eau oxydante » dans ce processus peut être appelé la décomposition de l'eau dans la nature. Dans ce processus, l'élément manganèse au niveau du site d'activation a conduit à de nombreuses recherches sur la synthèse de composés de manganèse en tant que catalyseurs d'oxydation de l'eau.
Dissociation photoélectrochimique de l'eau
La séparation de l'eau à l'aide de l'électricité produite par des systèmes photovoltaïques est considérée comme l'un des moyens les plus propres de produire de l'hydrogène. Dans l’unité photoélectrochimique, l’énergie solaire est utilisée pour provoquer la division de l’eau tout en effectuant une catalyse, appelée photosynthèse artificielle.
Divisation photocatalytique de l'eau
En revanche, le processus de division de l'eau à l'aide de photocatalyseurs en suspension dans l'eau peut être plus efficace. Ce type de technologie vise à raccourcir l’ensemble du processus de réaction à une seule étape pour produire de l’hydrogène et de l’oxygène.
Autres méthodes de division de l'eau
En plus des méthodes ci-dessus, il existe également une méthode de dissociation des rayonnements utilisant le rayonnement nucléaire. Cette méthode est basée sur l'hydrogène produit dans des zones à fort rayonnement. Des recherches ont découvert une communauté microbienne spécialisée dans la production d'hydrogène à partir de rayonnements dans une mine d'or en Afrique du Sud.
Méthode de décomposition thermique
Les méthodes de division thermique de l'eau (pyrolyse) sont confrontées à des défis liés aux températures élevées et aux limitations des matériaux dans les applications industrielles. Même si certaines molécules d’eau commencent à se décomposer à 2 200 °C, l’énergie et les matériaux nécessaires à des températures aussi élevées sont relativement coûteux.
Le potentiel de l'énergie nucléaire
Les centrales nucléaires sont conçues pour produire de manière flexible de l'électricité le jour et de l'hydrogène la nuit, ce qui leur permet de mieux répondre à la demande d'électricité. Si le coût de production de l’hydrogène peut être réduit efficacement, cela deviendra une autre option pour concurrencer les technologies existantes de stockage d’énergie sur réseau.
Technologie solaire concentrée
Par exemple, Hydrosol II, construit à la Plataforma Solar de Almería en Espagne, démontre la technologie permettant d'exploiter l'énergie solaire concentrée pour atteindre les températures nécessaires allant jusqu'à 1 200 °C. L'installation est conçue selon un concept modulaire, ce qui lui donne le potentiel d'évoluer jusqu'à une production d'hydrogène à l'échelle du mégawatt.
Perspectives des cycles thermochimiques
Les processus thermochimiques tels que le cycle soufre-iode présentent un potentiel de production d'hydrogène, et les sources d'énergie thermique pour ces méthodes sont principalement l'énergie solaire et thermique. Le développement de ces technologies a le potentiel de dépasser les limites d’efficacité des méthodes traditionnelles d’électrolyse de l’eau.
La décomposition de l'eau ne fait pas seulement partie de l'innovation technologique, mais est également liée à la durabilité de l'énergie future. Alors que nous examinons la magie du fractionnement de l’eau, nous devons nous demander si ces technologies avancées pourraient révolutionner notre façon de concevoir la production d’énergie ?
