La division de l’eau est le processus de décomposition du composé chimique de l’eau en ses éléments constitutifs d’hydrogène et d’oxygène. Il existe de nombreuses approches de la division de l’eau, la plus courante d’entre elles étant l’électrolyse, où un courant électrique traverse l’eau pour produire des ions d’hydrogène et d’oxygène. Bien que de nombreuses méthodes de séparation de l’eau ne soient pas économes en énergie en termes d’énergie requise pour séparer l’hydrogène et l’oxygène de l’eau par rapport à l’énergie qui peut être dérivée plus tard de l’hydrogène pur pour le carburant, le processus est néanmoins considéré comme une alternative potentielle au remplacement d’un dépendance aux énergies fossiles. Les applications utilisant l’énergie solaire et de nouveaux catalyseurs chimiques pour diviser l’eau offrent une méthode prometteuse pour produire des gains énergétiques nets renouvelables sans produire d’émissions de gaz à effet de serre ou d’autres polluants dans le processus.
La séparation photocatalytique de l’eau utilisant l’énergie de la lumière ou d’autres sources d’énergie renouvelables telles que l’énergie éolienne est maintenant utilisée pour générer du courant électrique dans de nouvelles formes d’électrolyse. L’objectif est de créer un système de séparation de l’eau entièrement alimenté par des sources d’énergie renouvelables, telles que la lumière du soleil, rendant la production d’hydrogène compétitive par rapport aux combustibles fossiles. Le défi du processus a été de développer des électrodes faites de matériaux peu coûteux et durables. Les composés de borate de cobalt et de nickel se sont avérés offrir une efficacité accrue et ils sont bon marché et faciles à fabriquer. Bien que ces nouveaux composés d’électrode soient sans danger dans les systèmes commerciaux de production de combustible solaire, ils ne peuvent pas encore rivaliser avec l’efficacité des méthodes d’électrolyse industrielle qui utilisent des composés alcalins dangereux comme solutions électrolytiques.
Les mécanismes de séparation de l’eau les plus prometteurs en termes de gain d’énergie sont basés sur le processus de photosynthèse que les plantes utilisent pour convertir la lumière du soleil en énergie chimique. Alors que les systèmes naturels pour cela sont très lents et que les systèmes artificiels qui imitent cela avaient initialement une efficacité de moins de 1% lorsque les recherches ont commencé sur eux en 1972 au Japon, de nouveaux processus augmentent les niveaux de production d’hydrogène. Des chercheurs japonais ont commencé en 2007 à revêtir des électrodes en silicium microcristallin hydrogéné avec des nanoparticules de platine, ce qui a encore augmenté la stabilité et la durée de vie des électrodes et leur capacité catalytique de fractionnement de l’eau.
Des recherches similaires menées au National Renewable Energy Laboratory (NREL) aux États-Unis visent des taux de conversion d’efficacité solaire en hydrogène de 14 % en 2015 avec une durabilité accrue des électrodes de 1,000 2005 heures en 20,000 à 2015 XNUMX heures en XNUMX. À mesure que cette efficacité augmente, le coût correspondant de production de carburants à hydrogène diminue, avec un coût de production en dollars américains (USD) par kilogramme ($/kg) de H
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en 2005 à 360 $/kg à 5 $/kg en 2015. Même à ce niveau, la séparation de l’eau pour produire de l’hydrogène est encore trois à dix fois plus chère que la production de carburants à base d’hydrogène à partir de la reformation de
gaz naturel
. La recherche a encore du chemin à parcourir avant d’être compétitive sur le plan économique avec le secteur énergétique établi.