Du soleil, de l’eau et de la rouille pour produire de l’hydrogène

Production d'hydrogène à partir de la rouille

La rouille résulte de l'oxydation lente de composés contenant du fer. (©photo)

Des chercheurs suisses et israéliens perfectionnent actuellement un dispositif permettant de séparer les molécules d’eau en hydrogène et en oxygène à partir d’énergie solaire et d’oxydes de fer, autrement dit de rouille.

Le procédé prometteur : la photo-électrolyse

Parmi les moyens de production de l’hydrogène, l’électrolyse de l’eau est souvent présentée comme le procédé le plus « propre » et le plus prometteur. Elle consiste à casser les molécules d’eau en hydrogène et en oxygène sous l’effet d’un courant électrique. Son coût, bien supérieur à celui du vaporeformage (procédé le plus courant), a toutefois freiné le développement de cette technique de production.

A la différence de l’électrolyse de l’eau ayant recours à une source extérieure d’électricité, la photo-électrolyse utilise directement le rayonnement solaire comme seul apport d’énergie pour produire de l’hydrogène. Ce procédé présente ainsi un atout du point de vue de l’autonomie. Il consiste à éclairer un photo-catalyseur à semi-conducteur immergé dans un électrolyte aqueux ou dans l’eau : les molécules d’eau sont alors dissociées en oxygène et en hydrogène sous l’effet du bombardement de photons. Le problème de ce procédé est le coût des matériaux tels que le platine constituant les électrodes.

Or, des chercheurs de l’École polytechnique de Lausanne et de Technion (Israel Institute of Technology) ont mis au point fin 2012 des électrodes constituées de fines couches de… rouille. Cette rouille présente le double avantage d’être abondante et très peu coûteuse. Elle suscite de grands espoirs puisque le coût de la photo-électrolyse restait jusqu’à peu bien trop important pour tout développement à grand échelle(1).

L’élément le plus coûteux : une plaque de verre

Les oxydes de fer, c'est-à-dire la rouille, sont fixés sur les électrodes de l’électrolyseur utilisé dans le dispositif des chercheurs suisses et israéliens. La plaque de verre conducteur devient alors le matériau le plus coûteux utilisé dans ce système de photo-électrolyse.

A l’heure actuelle, les systèmes comprenant une cellule photovoltaïque classique permettent de produire de l’hydrogène par électrolyse à un coût de 15 euros par kilogramme au mieux. Avec le système décrit ayant recours à la rouille, le coût de revient est divisé par 3. Il est estimé à près de 5 euros par kilogramme selon les chercheurs qui viennent de publier leurs résultats dans la prestigieuse revue Nature.

Si ces travaux semblent très prometteurs, il reste à relever le défi du rendement. Celui-ci reste encore très faible, entre 1,4% et 3,6% selon les prototypes testés. Certaines caractéristiques ne sont pas encore dévoilées mais les chercheurs travaillent d’ores et déjà sur un processus industriel visant à fabriquer leurs électrodes à grande échelle. Un pas de plus semble franchi vers une possible ère du vecteur hydrogène.