Des scientifiques indiens transforment la lumière du soleil en carburant - La technologie de l'hydrogène vert pourrait alimenter les maisons et les voitures
La recherche, dirigée par le Dr Ashutosh K. Singh et son équipe au CeNS, se concentre sur la création d'un processus durable, évolutif et sans combustible fossile pour la production d'hydrogène vert.
New Delhi : Dans un développement qui pourrait faire progresser considérablement les ambitions de l’Inde en matière d’hydrogène vert, des scientifiques du Centre for Nano and Soft Matter Sciences (CeNS), à Bengaluru, ont conçu et testé un dispositif de nouvelle génération qui produit de l’hydrogène vert en divisant directement les molécules d’eau grâce à la lumière du soleil et à des matériaux abondants sur terre. Contrairement à la voie conventionnelle, où des panneaux solaires produisent de l’électricité qui alimente un électrolyseur pour décomposer l’eau, ce nouveau système utilise un procédé photoélectrochimique direct (PEC). Ici, la lumière du soleil elle-même déclenche la réaction de décomposition de l’eau, éliminant le besoin d’une alimentation électrique externe ou d’une alimentation de secours à base de combustibles fossiles. Cela rend le processus plus simple, plus efficace et potentiellement moins coûteux. La recherche, dirigée par le Dr Ashutosh K. Singh et son équipe au CeNS, un institut autonome relevant du Département des sciences et technologies (DST), vise à construire un système durable et évolutif pour la production d’hydrogène vert. Les travaux ont été publiés dans le Journal of Materials Chemistry A de la Royal Society of Chemistry. Au cœur de cette innovation se trouve une nouvelle photoanode à base de silicium dotée d'une architecture à hétérojonction nip. Celle-ci comprend des couches de dioxyde de titane (TiO₂) de type n, de silicium intrinsèque (Si) et d'oxyde de nickel (NiO) de type p. Cette structure améliore l'absorption lumineuse, optimise la séparation des charges et assure un transport efficace des charges, essentiel à la conversion directe de l'énergie solaire en hydrogène. Les matériaux ont été déposés par pulvérisation cathodique magnétron, une technique de dépôt en couches minces à l'échelle commerciale reconnue pour sa précision de stratification et sa stabilité structurelle. Le dispositif a fonctionné dans des conditions d'électrolyte alcalin et a conservé son intégrité structurelle pendant de longues heures d'utilisation. Le prototype a atteint une phototension de surface de 600 millivolts et un faible potentiel de démarrage de 0,11 volt par rapport à l'électrode à hydrogène réversible (VRHE), indiquant une efficacité photoélectrochimique élevée et un seuil d'énergie bas. Français Il a fonctionné en continu pendant plus de 10 heures sous un rayonnement solaire simulé avec une baisse de performance de seulement 4 %. « L'hétérostructure a été spécifiquement conçue pour maximiser l'efficacité du PEC tout en maintenant la stabilité à long terme », a déclaré le Dr Singh. « Cela nous rapproche de la construction de systèmes à hydrogène pratiques et sans combustibles fossiles. » Pour démontrer l'évolutivité, l'équipe a testé une photoanode de 25 cm², qui a fonctionné efficacement dans des conditions de séparation de l'eau par l'énergie solaire. Cette mise à l'échelle est prometteuse pour passer du laboratoire aux applications pilotes et potentiellement à la production commerciale d'hydrogène. La conception du dispositif évite les catalyseurs à base de terres rares ou coûteux, ne nécessite pas de pression ou de température élevée et est compatible avec différentes chimies de batteries lithium-ion pour l'intégration du stockage renouvelable, ce qui le rend flexible et économiquement viable. Cette innovation soutient les objectifs de l'Inde en matière d'énergie propre dans le cadre de la Mission nationale pour l'hydrogène vert et d'Aatmanirbhar Bharat. En produisant de l'hydrogène vert directement à partir du soleil, sans recourir à l'électricité ni aux matériaux importés, le dispositif contribue à l'autonomie énergétique et au développement de carburants alternatifs neutres en carbone pour la mobilité, la production d'électricité et l'industrie. Selon le DST, de telles avancées pourraient accélérer le leadership de l'Inde dans la technologie de l'hydrogène solaire et contribuer à la création de pôles d'hydrogène décentralisés dotés d'écosystèmes énergétiques localisés. L'équipe du CeNS explore d'autres pistes de mise à l'échelle, des partenariats industriels et l'intégration aux infrastructures hydrogène existantes. Elle prévoit également de tester le dispositif dans diverses conditions climatiques afin d'évaluer ses performances à long terme sur le terrain en Inde. En cas de succès, la technologie pourrait contribuer à la mise en place de systèmes d'énergie renouvelable 24h/24, notamment dans les secteurs où l'électrification directe est difficile, offrant ainsi une nouvelle voie vers un hydrogène vert abordable et local à grande échelle.
