40% de la chaleur solaire pour produire de l’hydrogène : le pari du MIT

Des ingénieurs du MIT ont pour objectif de produire un carburant à l’hydrogène totalement vert et sans carbone grâce à un nouveau système de réacteurs en forme de train, qui sera uniquement alimenté par le soleil.

Dans une étude publiée dans le Solar Energy Journal, les ingénieurs présentent le concept d’un système capable de produire efficacement de l’ « hydrogène thermo-chimique solaire« .

Le potentiel de l’hydrogène vert

Aujourd’hui, l’hydrogène est principalement produit par des processus qui impliquent du gaz naturel et d’autres combustibles fossiles, ce qui rend ce carburant vert plutôt «gris» lorsqu’on considère son cycle de production complet. En revanche, l’hydrogène thermo-chimique solaire, ou STCH, offre une alternative totalement exempte d’émissions, car il repose entièrement sur l’énergie solaire renouvelable pour produire de l’hydrogène.

Cependant, les conceptions actuelles de STCH ont une efficacité limitée : seulement environ 7% de la lumière solaire entrante est utilisée pour produire de l’hydrogène. Les résultats jusqu’à présent ont été de faible rendement et de coût élevé.

L’équipe du MIT estime que sa nouvelle conception pourrait capter jusqu’à 40% de la chaleur solaire pour produire beaucoup plus d’hydrogène. Cette augmentation de l’efficacité serait en mesure de réduire le coût global du système, rendant le STCH une option potentiellement évolutive et abordable pour aider à décarboner l’industrie du transport.

Vers une production d’hydrogène à grande échelle

« Nous considérons l’hydrogène comme le carburant de l’avenir, et il y a un besoin de le produire à moindre coût et à grande échelle », précise l’auteur principal de l’étude, Ahmed Ghoniem, professeur de génie mécanique au MIT. « Nous essayons d’atteindre l’objectif du Département de l’Énergie, qui est de produire de l’hydrogène vert d’ici 2030, à 1$ par kilogramme. Pour améliorer l’économie, nous devons améliorer l’efficacité et nous assurer que la majeure partie de l’énergie solaire que nous collectons est utilisée dans la production d’hydrogène. »

Le système du MIT est conçu pour optimiser ce processus. Le système dans son ensemble ressemble à un train de réacteurs en forme de boîte circulant sur une voie circulaire. En pratique, cette voie serait placée autour d’une source thermique solaire, comme une tour CSP (centrale solaire à concentration). Chaque réacteur du train contiendrait le métal qui subit le processus de redox, ou d’oxydation-réduction réversible.

En synthèse

Cette nouvelle conception pourrait considérablement augmenter l’efficacité de la production d’hydrogène thermo-chimique solaire, passant de 7%, comme l’ont démontré les conceptions précédentes, à 40%.

« Nous devons penser à chaque bit d’énergie dans le système, et comment l’utiliser, pour minimiser le coût », ajoute Ahmed Ghoniem. « Et avec cette conception, nous avons trouvé que tout peut être alimenté par la chaleur provenant du soleil. Il est capable d’utiliser 40% de la chaleur solaire pour produire de l’hydrogène. »

Dans l’année à venir, l’équipe prévoit de construire un prototype du système qu’elle prévoit de tester dans des installations de concentration d’énergie solaire dans les laboratoires du Département de l’Énergie, qui finance actuellement le projet.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que l’hydrogène thermo-chimique solaire (STCH) ?

L’hydrogène thermo-chimique solaire, ou STCH, est une méthode de production d’hydrogène qui utilise l’énergie solaire pour générer de l’hydrogène. Il offre une alternative totalement exempte d’émissions, car il repose entièrement sur l’énergie solaire renouvelable pour produire de l’hydrogène.

Quelle est l’efficacité des conceptions actuelles de STCH ?

Les conceptions actuelles de STCH ont une efficacité limitée : seulement environ 7% de la lumière solaire entrante est utilisée pour produire de l’hydrogène. Les résultats jusqu’à présent ont été de faible rendement et de coût élevé.

Quelle est la nouvelle conception proposée par l’équipe du MIT ?

L’équipe du MIT a conçu un système qui ressemble à un train de réacteurs en forme de boîte circulant sur une voie circulaire. Ce système pourrait capter jusqu’à 40% de la chaleur solaire pour produire beaucoup plus d’hydrogène, augmentant ainsi l’efficacité de la production d’hydrogène.

Quel est l’objectif de cette nouvelle conception ?

L’objectif de cette nouvelle conception est de réduire le coût global du système, rendant le STCH une option potentiellement évolutive et abordable pour aider à décarboner l’industrie du transport.

Quels sont les plans futurs pour ce système ?

Dans l’année à venir, l’équipe prévoit de construire un prototype du système qu’elle prévoit de tester dans des installations de concentration d’énergie solaire dans les laboratoires du Département de l’Énergie, qui finance actuellement le projet.

Légende : Illustration d’un système de production d’hydrogène alimenté par l’énergie solaire, conçu par le MIT

Source : Solar Energy Journal, MIT, Département de l’Énergie des États-Unis

Article : « A comparative analysis of integrating thermochemical oxygen pumping in water-splitting redox cycles for hydrogen production” – DOI: 10.1016/j.solener.2023.111960