L’électrolyse repensée

L'hydrogène vert est considéré comme la clé de la transition énergétique, mais sa production reste chère. Ce sont surtout les matériaux utilisés dans les électrolyseurs qui font grimper les coûts. Les chercheurs de l'Empa développent des revêtements qui remplacent les métaux précieux, stoppent la corrosion et peuvent être mis à l'échelle dans l'industrie. Ainsi, la percée économique de l'hydrogène vert se rapproche.

L’électricité renouvelable plus l’eau donnent de l’hydrogène et de l’oxygène, et l’eau est à nouveau produite lors de l’utilisation. Mais en réalité, plus de 90 pour cent de l’hydrogène utilisé aujourd’hui provient de sources fossiles, principalement du gaz naturel. L’hydrogène vert issu de l’électrolyse coûte actuellement environ deux fois plus cher que l’hydrogène produit de manière conventionnelle.

Zone problématique de l’électrolyseur
Les matériaux utilisés dans l’électrolyseur sont un facteur de coût important. Le projet de l’Empa se concentre sur la technologie PEMWE, qui se combine bien avec les énergies renouvelables fluctuantes. Cependant, il règne à l’intérieur un milieu acide hautement corrosif dans lequel l’acier non affiné « disparaît » littéralement. Même les composants situés en dehors de la zone acide souffrent lorsque les plus petits ions métalliques pénètrent dans l’eau très pure.

Le titane et le platine, des facteurs de coûts
Afin de maîtriser l’environnement agressif, les composants pour l’arrivée et l’évacuation de l’eau et du gaz sont aujourd’hui fabriqués en titane. Le titane est cher, difficile à travailler et doit en outre être recouvert de platine pour éviter qu’il ne s’oxyde et n’affecte les performances de l’électrolyseur. Cette combinaison de métal spécial et de métal précieux rend le matériel coûteux et limite le potentiel de mise à l’échelle.

Acier plus oxyde de titane au lieu de titane plus platine
Le scientifique des matériaux Konstantin Egorov et son équipe suivent une autre approche. Ils remplacent le matériau de support, le titane, par de l’acier et le protègent par une couche spéciale d’oxyde de titane. Le rutile utilisé est hautement cristallin et pauvre en oxygène. L’absence d’atomes d’oxygène assure la conductivité électrique, la haute cristallinité la résistance à la corrosion. On obtient ainsi une couche protectrice conductrice et stable sur un substrat nettement moins cher.

Revêtement adapté à l’industrie
Pour le revêtement, l’équipe utilise le dépôt physique en phase vapeur, un procédé bien établi dans l’industrie. Les premières applications sur la plaque dite bipolaire le montrent, les composants revêtus passent avec succès des tests de corrosion exigeants en laboratoire et dans un électrolyseur en fonctionnement. Les composants en acier sont en outre plus faciles à usiner, ce qui permet de nouveaux designs favorisant l’écoulement et peut encore augmenter l’efficacité de la cellule.

Le prochain obstacle
Les chercheurs s’attaquent ensuite à la couche de transport poreuse. Ici, le revêtement d’oxyde de titane doit pénétrer profondément dans les pores sans les obstruer. S’ils y parviennent, deux composants essentiels de l’électrolyseur PEMWE reposeront sur une base matérielle plus avantageuse et évolutive. Le projet se poursuit jusqu’à la fin de l’année 2026, après quoi un partenaire industriel devrait aider à amener la technologie vers la commercialisation.