Énergie et environnement

L'équipe de l'Imperial College produit de l'hydrogène à partir d'algues

L'équipe de l'Imperial College produit de l'hydrogène à partir d'algues


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[Source de l'image:Roland Tanglao, Flickr]

L'hydrogène est un carburant très propre qui est de plus en plus utilisé comme carburant pour les véhicules et pour produire de l'électricité. Le problème est de savoir comment le produire efficacement sans générer d'importantes émissions de carbone et à un coût compétitif. Une équipe de chercheurs de l'Imperial College étudie actuellement le problème et pense savoir comment s'y prendre.

Véhicules à pile à combustible

Les véhicules peuvent être équipés d'une pile à hydrogène qui convertit l'énergie chimique de l'hydrogène en énergie mécanique. Les piles à combustible le font par une réaction chimique entre l'hydrogène et l'oxygène qui à son tour fait fonctionner un moteur électrique. Cette méthode d'alimentation des véhicules est désormais un élément important de l'économie européenne de l'hydrogène.

En septembre 2009, un groupe européen d'entreprises, des organisations gouvernementales et une organisation non gouvernementale (ONG) ont entrepris une étude sur les voitures particulières dans le but de développer des groupes motopropulseurs alternatifs, c'est-à-dire ceux qui ne sont pas alimentés de manière conventionnelle avec des combustibles fossiles. Certaines de ces entreprises ont un intérêt particulier pour le développement de véhicules électriques à pile à combustible (FCEV) et d'hydrogène, ainsi qu'un intérêt pour d'autres technologies de véhicules renouvelables, telles que les véhicules électriques à batterie (BEV), les hybrides rechargeables (PHEV), en tant que alternative à leurs véhicules à combustible fossile de fabrication conventionnelle alimentés par un moteur à combustion interne (ICE). Le principal avantage de ces types de véhicules est qu'au fil du temps, ils pourraient potentiellement être développés en tant que véhicules totalement exempts d'émissions. Pour cette raison, le développement de ces véhicules constitue une partie importante des efforts de décarbonisation actuellement entrepris par des pays du monde entier.

Les percées technologiques dans les piles à combustible et les systèmes électriques ont considérablement augmenté l'efficacité et la compétitivité-coût des véhicules électriques et des véhicules à pile à combustible ces dernières années, de sorte qu'ils sont maintenant prêts pour la commercialisation et la production de masse afin de tirer parti des économies d'échelle. L'UE a également fixé des objectifs réalistes pour la décarbonisation du secteur des transports d'ici 2050. Les véhicules à pile à hydrogène constituent une part importante de ces objectifs.

Le coût des systèmes de piles à combustible devrait diminuer de 70% d'ici 2025, en grande partie en raison de l'utilisation accrue de l'infrastructure de ravitaillement et des économies d'échelle. L'infrastructure de ravitaillement représente environ 5 pour cent du coût global des FCEV, soit entre 1 000 et 2 000 euros (703 £ à 1407 £) par voiture. La valeur des FCEV devient donc de plus en plus positive au-delà de 2030, à la fois en termes de coût total de possession (TCO) et d'émissions. Par conséquent, les FCEV commencent déjà à apparaître sur le marché automobile européen.

Comment produire de l'hydrogène

L'hydrogène ne se produit pas naturellement, bien qu'il soit un vecteur d'énergie. La grande majorité des stocks existants sont constitués de méthane. La production à partir de sources d'énergie renouvelables est viable mais coûteuse. De plus, lorsqu'il est produit à partir de gaz naturel, l'hydrogène a une intensité d'émission élevée.

Pour tenter de résoudre ces problèmes, des chercheurs de l'Imperial College de Londres, au Royaume-Uni, commencent maintenant à se pencher sur les algues comme moyen de produire de l'hydrogène avec l'aide du soleil. Les algues sont l'un des organismes les plus anciens de la planète, présentes sur Terre depuis des milliards d'années. Les algues convertissent la lumière du soleil en énergie de manière extrêmement efficace, produisant de l'hydrogène dans le cadre du processus.

«Je ne pense pas que nous aurions pu demander un meilleur point de départ», a déclaré Pongsathorn Dechatiwongse, étudiante en doctorat à l’Imperial College. «La nature a fourni un plan étonnant et si nous pouvons exploiter le processus, nous obtenons une énergie propre et renouvelable.»

Pongsathorn étudie au groupe de génie réactionnel et de technologie catalytique de l’Imperial College, qui est une équipe multidisciplinaire de scientifiques qui étudient la chimie, le génie chimique et la science des matériaux. L'objectif du groupe est de concevoir, concevoir, construire, modéliser, caractériser, contrôler et optimiser des catalyseurs, des réacteurs et des procédés de synthèse chimique et de carburant, de conversion d'énergie et de traitement d'effluents, de déchets et de catalyseurs usés. Il utilise la modélisation informatique comme une partie importante de ses études expérimentales avancées. Pongsathorn lui-même cherche à concevoir et à fabriquer des machines utilisant des algues dans le cadre d'un bioréacteur produisant de l'hydrogène. Cependant, le problème est de savoir comment le faire à l'échelle industrielle, et pour cette raison, il s'intéresse particulièrement à la fois aux mécanismes sous-jacents de ce processus et aux conditions requises pour que les algues fonctionnent efficacement.

«C'est comme un flux de travail et nous devons connaître chaque étape et ce qui pourrait l'accélérer ou la ralentir», a ajouté Pongsathorn. "Vous ne croiriez pas la différence que des changements subtils dans la forme d'un conteneur peuvent faire."

Malheureusement, les conditions idéales pour produire de l'hydrogène sont toxiques pour les algues, ce qui signifie que la plupart des systèmes ont une durée de vie limitée. La solution à cela serait de continuer à alimenter le système en algues, mais cela nécessite une intervention manuelle continue.

Ou le fait-il?

Pongsathorn a recherché un système avec deux bioréacteurs, dont l'un convient à la croissance des algues et l'autre à la production d'hydrogène. L'astuce consiste alors à s'assurer que le deuxième système est alimenté en algues au même rythme auquel les algues meurent. En réalisant cela, l’équipe de l’Imperial College a réussi à maintenir un taux fiable de production continue d’hydrogène, mais c’est un exercice d’équilibrage assez délicat. Jusqu'à présent, l'équipe a réussi à maintenir la production d'hydrogène pendant 31 jours consécutifs, produisant six fois plus d'hydrogène qu'un réacteur à chambre unique.

L'équipe a maintenant l'intention d'étendre le processus de son stade actuel de laboratoire à un système extérieur. À l’heure actuelle, ils tentent de mettre au point un bioréacteur en sac en plastique qui pourrait être placé sur certains des toits du campus de l’Imperial College à South Kensington. Ils ont également publié les résultats de leurs recherches, jusqu'à présent, dans la revue Algal Research.


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