Une équipe de chercheurs de l’Université de Nottingham a trouvé un moyen de transformer les déchets métalliques en un catalyseur très efficace pour produire de l’hydrogène à partir de l’eau.
Plus précisément, les scientifiques ont découvert que la surface des copeaux, un sous-produit de l'industrie de l'usinage des métaux, est texturée avec de minuscules marches et rainures à l'échelle nanométrique. Ces textures peuvent ancrer des atomes de platine ou de cobalt, conduisant à un électrocatalyseur efficace capable de diviser l’eau en hydrogène et oxygène.
« Les industries du Royaume-Uni génèrent à elles seules des millions de tonnes de déchets métalliques chaque année. En utilisant un microscope électronique à balayage, nous avons pu inspecter les surfaces apparemment lisses des copeaux d'acier inoxydable, de titane ou d'alliage de nickel », a déclaré le chercheur principal Jesum Alves Fernandes. « À notre grand étonnement, nous avons découvert que les surfaces présentaient des rainures et des crêtes qui ne mesuraient que quelques dizaines de nanomètres de large. Nous avons réalisé que cette surface nanotexturée pourrait présenter une opportunité unique pour la fabrication d’électrocatalyseurs.
Les chercheurs ont utilisé la pulvérisation magnétron pour créer une « pluie » d'atomes de platine sur la surface des copeaux. Ces atomes de platine se rassemblent ensuite en nanoparticules qui s’intègrent parfaitement dans les sillons nanométriques.
« Il est remarquable que nous soyons capables de produire de l'hydrogène à partir de l'eau en utilisant seulement un dixième de la quantité de platine chargée par rapport aux catalyseurs commerciaux de pointe », a déclaré Madasamy Thangamuthu, chercheur postdoctoral à l'Université de Nottingham. responsable de l'analyse de la structure et de l'activité électrocatalytique des nouveaux matériaux. « En répandant seulement 28 microgrammes de métal précieux sur 1 cm² de copeaux, nous avons pu créer un électrolyseur à l'échelle du laboratoire qui fonctionne avec une efficacité de 100 % et produit 0,5 litre d'hydrogène gazeux par minute à partir d'un seul morceau de copeaux. »
Le groupe estime que les électrocatalyseurs fabriqués à partir de copeaux ont le potentiel d’avoir un impact considérable sur l’économie britannique. Ainsi, les scientifiques s'associent à AqSorption Ltd, une société basée à Nottingham spécialisée dans la conception et la fabrication d'électrolyseurs, pour développer leur technologie.
« Notre technologie unique développée à Nottingham, qui implique la croissance atome par atome de particules de platine sur des surfaces nanotexturées, a résolu deux défis majeurs. Premièrement, il permet de produire de l’hydrogène vert en utilisant le moins de métaux précieux possible et, deuxièmement, il valorise les déchets métalliques de l’industrie aérospatiale, le tout en un seul processus », a déclaré Andrei Khlobystov, co-auteur de l’étude.
L’hydrogène est un carburant propre qui peut être utilisé pour produire de la chaleur ou alimenter des véhicules, et le seul sous-produit de sa combustion est la vapeur d’eau. Cependant, la plupart des méthodes de production d’hydrogène reposent sur des combustibles fossiles. L’électrolyse de l’eau est l’une des voies vertes les plus prometteuses pour la production d’hydrogène, car elle ne nécessite que de l’eau et de l’électricité.
L’industrie est cependant confrontée à un défi avec l’électrolyse de l’eau, car ce processus nécessite des éléments rares et coûteux comme le platine pour catalyser la division de l’eau. Compte tenu de l’offre mondiale limitée et de l’augmentation des prix des métaux précieux, il existe un besoin urgent de matériaux électrocatalyseurs alternatifs pour produire de l’hydrogène à partir de l’eau.
