Grâce à un réacteur d’électrolyse à haute température, des chercheurs de l’EPFL produisent de l’hydrogène à partir de la lumière solaire concentrée. Cela a même de l’avenir pour les applications industrielles.
L’hydrogène est un combustible et une matière première prometteurs pour une économie d’énergie renouvelable et pour l’industrie des processus chimiques. Il est généralement produit par reformage à la vapeur de combustibles fossiles, une approche non durable. En tant que combustible sans carbone et matière première, l’hydrogène peut être stocké et transporté et utilisé directement dans des piles à combustible pour des applications de mobilité ou pour la production d’électricité, ou bien il peut être transformé en méthane synthétique pour un stockage à long terme ou en carburants liquides (par exemple, méthanol ou essence) pour une utilisation dans des moteurs classiques. La production moderne d’hydrogène par la lumière du soleil au moyen d’une électrolyse à basse température alimentée par des panneaux photovoltaïques nécessite des matériaux rares et coûteux (par exemple, des catalyseurs du groupe du platine pour les électrolyseurs). Approvisionner le marché en hydrogène vert à des prix compétitifs et à grande échelle est donc un défi.
Des chercheurs du Laboratoire de science et d’ingénierie des énergies renouvelables (LRESE) de l’EPFL et du Groupe des matériaux énergétiques (GEM) ont présenté une méthode innovante pour surmonter les difficultés de compétitivité économique. L’idée est d’utiliser le rayonnement solaire concentré pour alimenter l’électrolyseur à haute température. Il en résulte deux avantages : 1. l’électrolyse à haute température permet d’utiliser des matériaux présents en abondance dans la terre (par exemple les catalyseurs pour les électrolyseurs), et 2. le rendement du Solar-to-Fuel est considérablement augmenté, car la demande en électricité pour les électrolyseurs est réduite par rapport à l’électrolyse à basse température. Un réacteur de démonstration a été conçu, fabriqué et testé avec succès dans le simulateur solaire à haut flux unique du LRESE. La conception innovante a suivi une approche intégrée, c’est-à-dire que l’empilement de l’électrolyseur et l’absorbeur solaire se trouvaient à proximité les uns des autres, ce qui réduit considérablement les pertes de chaleur dans le réacteur. Cette nouvelle approche de conception a montré un potentiel de 20 % d’efficacité pour la conversion de l’énergie solaire en hydrogène.
Stratégies de suréchantillonnage :
Les chercheurs estiment que le système peut être mis à l’échelle à un niveau industriel. Sophia Haussener, directrice du LRESE et responsable du projet, explique : “Le miroir parabolique de 7 mètres (Solar Dish) sur le campus de l’EPFL à Lausanne est approprié pour tester un tel réacteur dans des conditions solaires réelles. Des concentrations solaires d’environ 1’000 sont générées, ce qui correspond parfaitement à la concentration de rayonnement solaire requise pour cette conception de réacteur. Un réseau de tels concentrateurs solaires pourrait être utilisé pour agrandir l’approche : “Un agrandissement permet également d’obtenir des rendements thermiques plus élevés et donc d’améliorer encore la performance globale. Il est prévu d’étendre cette technologie à la co-électrolyse pour la production simultanée d’hydrogène et de CO, appelé gaz de synthèse, qui convient parfaitement comme matière première pour la synthèse Fischer-Tropsch ou la synthèse du méthanol pour la production directe de carburants solaires liquides.
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