Les ingénieurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont décrit dans le Solar Energy Journal un système innovant de génération d’hydrogène propre qui imite la dynamique des trains, propulsé uniquement par la chaleur solaire. Cette technologie de production d’hydrogène solaire thermo-chimique (STCH) s’est donné l’ambition d’exploiter l’énergie solaire pour décomposer l’eau et libérer de l’hydrogène, sans aucune émission de gaz à effet de serre.
Un système inspiré du ferroviaire
La production actuelle d’hydrogène s’appuie largement sur le gaz naturel et d’autres combustibles fossiles, ce qui donne à cette énergie une teinte plus « grise » que verte. Le STCH, par contraste, représente une alternative entièrement libre d’émissions de CO2, puisqu’il s’alimente exclusivement en énergie solaire renouvelable.
Les dispositifs STCH existants souffrent néanmoins d’une efficacité limitée, n’utilisant que 7 % de l’énergie solaire pour la production d’hydrogène, ce qui débouche sur des rendements faibles et des coûts élevés. L’équipe du MIT estime que leur système pourrait capturer jusqu’à 40 % de la chaleur solaire pour produire d’autant plus d’hydrogène. Cette efficacité en hausse pourrait réduire significativement les coûts et faire du STCH une option potentiellement viable pour une mise à l’échelle industrielle et abordable, contribuant ainsi à la décarbonation du secteur des transports.
La recherche menée par l’équipe du professeur Ahmed Ghoniem envisage un système composé de réacteurs en forme de boîtes circulant sur un rail circulaire autour d’une source de chaleur solaire, comme une tour solaire concentrée (CSP). Chaque réacteur contiendrait du métal subissant un processus redox, c’est-à-dire une oxydation et une réduction réversible.
Le cœur de cette technologie réside dans une réaction thermo-chimique en deux étapes. Premièrement, la vapeur d’eau interagit avec le métal qui capte l’oxygène, laissant derrière lui de l’hydrogène. Ensuite, le métal oxydé est chauffé sous vide pour éliminer l’oxygène, ce qui régénère le métal pour un nouveau cycle de production d’hydrogène.
Face aux défis techniques de récupération de la chaleur et la création d’un vide énergétiquement efficient, les chercheurs du MIT ont imaginé plusieurs astuces pour économiser l’énergie. Ils proposent d’utiliser des échanges thermiques entre réacteurs pour retenir la chaleur au sein du système, et un second train de réacteurs circulant en sens inverse pour évacuer l’oxygène sans avoir recours à des pompes mécaniques coûteuses en énergie.
Les simulations détaillées de l’équipe affirment que ce design pourrait considérablement augmenter l’efficacité de la production d’hydrogène solaire thermo-chimique. Dans l’année à venir, les chercheurs prévoient de construire un prototype pour des tests en condition réelle dans des installations solaires concentrées sous l’égide du Département de l’Énergie des États-Unis, qui finance actuellement ce projet.
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