Nouveaux matériaux à base d’oxyde fer pour le stockage réversible de l’hydrogène
Présentation du projet
Ce projet sera réalisé au Laboratoire Catalyse et Spectrochimie (LCS) ainsi qu’au Laboratoire de Cristallographie et Sciences des Matériaux (CRISMAT).
H2 est devenue l’une des sources d’énergie les plus prometteuses car elle réduit les émissions de CO2, améliore la qualité de l’air, réduit les importations de combustibles fossiles et les coûts et s’applique dans tous les secteurs. Cependant, l’hydrogène a une très faible densité, son transport et son stockage sécurisé sont extrêmement difficiles et coûteux. Dans ce contexte, les transporteurs d’hydrogène organique liquide (Liquid organic hydrogen carriers, LOHC) sont hautement souhaitables comme forme de stockage chimique de l’H2.
Les résultats obtenus et/ou attendus
Parmi les LOHC, l’acide formique (AF) a été considéré comme un candidat prometteur car il est non toxique, liquide et peu inflammable dans des conditions ambiantes, et sa capacité volumétrique relativement élevée (53 g de H2/L). L’AF peut être décomposé par voie catalytique via une déshydrogénation pour produire du H2 et du CO2. Il peut également être produit à partir du CO2 et de H2O par photocatalyse ou électrocatalyse pour fermer le cycle du carbone sans émission de gaz à effet de serre. L’AF peut également être produit de manière durable en utilisant une source d’énergie renouvelable (soleil, photovoltaïque, etc.).
Les objectifs et les activités menées
Le développement de catalyseurs hétérogènes sélectifs pour la voie de la déshydrogénation est un véritable défi. Cette réaction est compétitive avec la déshydratation des AF produisant du H2O et du CO. Le CO est hautement indésirable car quelques ppm de celui-ci sont capables d’empoisonner les catalyseurs utilisés dans la cellule à hydrogène. La plupart des systèmes ont évolué vers une décomposition thermocatalytique de l’AF qui nécessite une température élevée et souffre d’une faible sélectivité. Comme alternative, la photocatalyse a suscité un grand intérêt en tant que voie efficace pour le reformage de l’AF à la température ambiante et à la lumière du soleil. La plupart des photocatalyseurs utilisés sont des matériaux à base de métaux nobles dont le coût est relativement élevé. A notre connaissance, aucun photocatalyseur hétérogène à base de métaux non nobles n’a été étudié. Cette étude a pour but d’étudier les photocatalyseurs à base de métaux non nobles pour le désydrogénation séléctive de l’AF. Différents oxydes dopés (Fe, Ti, Nb, W) seront considérés et les conditions de réaction seront optimisées afin de convertir sélectivement l’AF en H2 et CO2 sous lumière du jour (lumière visible). Les photocatalyseurs doivent donc répondre à des exigences strictes telles que : faible coût, stabilité en milieu acide, activité sous la lumière visible et sélectivité pour la déshydrogénation vs la déshydratation de l’AF.