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Source: BE Espagne numéro 105 (6/06/2011) - Ambassade de France en Espagne / ADIT - http://www.bulletins-electroniques.com/ ... /66969.htm

Des chercheurs de l'Université Polytechnique de Catalogne (UPC) ont réussi à produire de l'hydrogène à partir d'éthanol et de lumière solaire. Les résultats de l'étude qui a été menée conjointement avec les universités d'Aberdeen, Auckland et Edimbourg, ont été publiés dans la revue Nature Chemistry au mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.) de mai.

De l'énergie renouvelable pour produire de l'hydrogène

L'hydrogène (utilisé sous forme de dihydrogène H2) permet de générer de l'électricité via une pile à combustible (Une pile à combustible est une pile où la fabrication de l'électricité se fait grâce à l'oxydation sur une électrode d'un combustible réducteur (par exemple...). Mais le dihydrogène n'existe pas en l'état dans la nature et il est nécessaire de le produire, ce qui suppose un coût énergétique. L'obtention de ce gaz (Au niveau microscopique, on décrit un gaz comme un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi indépendants (pour plus de détails, voir gaz réels).) à partir d'énergies renouvelables est donc une piste prometteuse pour améliorer la compétitivité de l'électricité produite par pile à combustible (Un combustible est une matière qui, en présence d'oxygène et d'énergie, peut se combiner à l'oxygène (qui sert de comburant) dans une réaction chimique générant de la chaleur : la combustion.) et également pallier au problème du stockage de l'énergie. Une des voies envisagées est l'utilisation de l'énergie solaire: il faut alors mettre en œuvre un photocatalyseur, constitué d'un semi-conducteur et d'une couche de métal noble sous forme de nanoparticules. Actuellement, un des semi-conducteurs les plus utilisés est le dioxyde de titane.

De l'éthanol à la place de l'eau

Jusqu'ici, la synthèse de dihydrogène à partir de l'énergie solaire se basait sur l'utilisation d'eau comme matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. Elle occupe de l'espace et la quantité de matière se mesure à l'aide de...) première. Cependant, les rendements obtenus sont très bas et les matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) utilisés pour le photocatalyseur sont très coûteux. Un des intérêts de l'étude qui a été menée réside dans le fait d'utiliser un photocatalyseur qui fonctionne non pas avec de l'eau mais de l'éthanol, une ressource renouvelable que l'on peut obtenir à partir de résidus forestiers et agricoles: 100 grammes de cellulose permettent d'obtenir 50 grammes d'éthanol.

Un photocatalyseur bon marché

Le nouveau photocatalyseur adapté à l'éthanol utilise un semi-conducteur de dioxyde de titane, sous sa forme minérale anatase qui présente un taux de conversion deux fois supérieur à la forme minérale rutile. Ce substrat est ensuite recouvert de nanoparticules d'or, bien meilleur marché que les métaux nobles utilisé pour l'eau (platine, ruthénium, rhodium). Les scientifiques sont également arrivés à la conclusion que la taille des particules d'or (comprise entre deux et 12 nanomètres), n'influait pas sur la production d'hydrogène, ce qui permet donc une réduction des coûts.

Le dernier avantage de cette poudre catalytique concerne ses conditions d'utilisation : contrairement aux autres procédés généralement mis en œuvre et pour lesquels il faut chauffer le catalyseur (En chimie, un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d'une réaction chimique ; il participe à la réaction mais il ne fait partie ni des produits, ni des réactifs et n'apparaît donc pas dans...) (parfois jusqu'à 500°C), on opère ici à température (La température d'un système est une fonction croissante du degré d'agitation thermique des particules, c'est-à-dire de son énergie thermique. Elle est définit par l'équilibre de transfert de chaleur...) et pression (La pression est la force exercée sur une surface donnée.) ambiantes, ce qui réduit le coût énergétique du procédé.

Procédé et rendement

Le photocatalyseur solide sous forme de poudre est plongé dans un bain d'éthanol sur lequel on applique de la lumière solaire. Sous l'effet de ce rayonnement (Le rayonnement est un transfert d'énergie sous forme d'ondes ou de particules, qui peut se produire par rayonnement électromagnétique (par exemple : infrarouge) ou...) le semi-conducteur en dioxyde de titane produit des électrons qui sont captés par les nanoparticules d'or. La réaction postérieure de ces particules avec l'alcool produit alors du dihydrogène. Comme le signale M. Llorca "la structure du semi-conducteur et le contact avec les nanoparticules sont primordiaux dans la conception du photocatalyseur".

La quantité d'hydrogène produite dépend de la quantité de photocatalyseur utilisée et de la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent...) exposée à la lumière. En conditions de laboratoire les chercheurs ont obtenu jusqu'à cinq litres de dihydrogène par kilogramme (Le kilogramme (symbole kg) est l’unité de masse du Système international d'unités (SI).) de catalyseur et par minute ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un acte. Cartographie géologique ; la minute de terrain est la carte originale, au...). A titre d'exemple, avec neuf kilogrammes de catalyseur il serait possible de générer environ trois kilowatts d'électricité en utilisant le dihydrogène ainsi produit via une pile à combustible, ce qui représente environ la puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) nécessaire pour alimenter un foyer. C'est d'ailleurs le prochain objectif des auteurs de l'étude: concevoir des réacteurs optimisés pour un usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) domestique et à plus grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un véhicule utilisé par les sapeurs-pompiers, et qui emporte une échelle escamotable de grande hauteur. Le terme « grande...), afin de promouvoir l'hydrogène en tant qu'alternative aux combustibles fossiles et surtout comme vecteur (En mathématiques, un vecteur est un élément d'un espace vectoriel, ce qui permet d'effectuer des opérations d'addition et de multiplication par un scalaire. Un n-uplet peut constituer un exemple de vecteur,...) d'énergie stockable.