L'équipe de chercheurs de Kevin Sivula de l'Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) a mis au point, fin 2012, une technique permettant de produire de l'hydrogène à partir d'énergie solaire, d'eau et de rouille. Au cours de l'été 2013, l'équipe de chercheurs de Michael Grätzel, directeur du Laboratoire de photonique et interfaces de l'EPFL, en collaboration avec une équipe de chercheurs de Technion (Israel Institute of Technology), a réussi à caractériser les nanostructures d'oxyde de fer optimales permettant la fabrication efficace de l'hydrogène selon le protocole imaginé par Kevin Sivula et son équipe. Ces deux découvertes combinées pourraient devenir une solution, à la fois économique et écologique, pour le stockage des énergies renouvelables. En effet, avec le développement des énergies renouvelables, il devient nécessaire de trouver des outils pour stocker l'énergie et la rendre disponible à la demande.
L'idée de transformer l'énergie solaire en hydrogène n'est pas nouvelle : les chercheurs y travaillent depuis plus de 40 ans et l'EPFL s'est engagée sur cette voix dans les années 90 avec les travaux de Michael Grätzel, qui a d'ailleurs reçu le prix Marcel Benoist 2013 pour l'ensemble de sa carrière. Ce dernier, en collaboration avec un collègue de l'Université de Genève, a inventé une cellule solaire, connue sous le nom de "cellule photoélectrochimique" (PEC), capable de produire directement de l'hydrogène à partir d'eau. Sur le plan théorique, le modèle de la cellule PEC est très intéressant. Des chercheurs américains l'ont d'ailleurs exploité et sont parvenus à un rendement remarquable de 12,6%. Cependant, l'utilisation de cette technologie est limitée de par son coût : 10 cm2 de surface coûtent quelque 10.000 dollars à produire (soit environ 7 460 euros).
L'équipe de Kevin Sivula s'est donc appliquée à développer une technologie, économiquement viable n'utilisant que des matériaux et des techniques bon marché. Le dispositif proposé, encore expérimental, a fait l'objet d'une publication dans la revue Nature Photonics. Il produit de l'hydrogène à partir d'énergie solaire, d'eau et d'oxydes de fer, ie. de rouille, appliqués sur des électrodes. Le matériau le plus cher en est une plaque de verre. Cette technique, bien que prometteuse, ne présentait cependant qu'un rendement faible, compris entre 1,4 et 3,6%, en fonction du prototype testé. Aussi, en utilisant les techniques de microscopie électronique en transmission (TEM), les chercheurs de Suisse et d'Israël ont-ils cherché à caractériser avec précision la circulation des électrons à travers les nanostructures que forment les particules d'oxydes de fer lorsqu'elles sont appliquées sur les électrodes. En comparant plusieurs de ces électrodes, dont la méthode de fabrication est désormais maîtrisée, les scientifiques sont parvenus à déterminer une structure optimale. Ces travaux font l'objet d'une publication dans la revue Nature Materials.
Les systèmes actuels, couplant une cellule photovoltaïque classique à un électrolyseur, produisent de l'hydrogène pour un coût de revient au mieux égal à 15 euros/kg. Grâce à leur découverte, les chercheurs de l'EPFL espèrent proposer une solution pour un prix de revient égal à 5 euros/kg. Actuellement, ils travaillent à la mise au point d'un processus industriel permettant la fabrication à grande échelles des électrodes.
Source: bulletins-electroniques.com/actualites/74128.htm