Les piles à combustible sont des systèmes susceptibles de remplacer les batteries des téléphones portables, des ordinateurs portables et des véhicules. Elles convertissent l'énergie produite par la combinaison d'oxygène et d'hydrogène en électricité. Cependant, le stockage sûr de l'hydrogène pose actuellement problème, même si une solution prometteuse consiste à utiliser une infrastructure qui produit de l'hydrogène gazeux directement dans la pile à combustible.
Dans ces cas, le méthanol est généralement utilisé comme matière première. Par exemple, au lieu d'alimenter des véhicules ou des téléphones avec de l'hydrogène, on peut y ajouter du méthanol, qui se convertit en hydrogène selon les besoins. Des chercheurs de l'Université du Pays basque (UPV/EHU) ont mis au point un dispositif permettant d'améliorer ce procédé.
Ils ont conçu une infrastructure spéciale : un microréacteur constitué de microcanaux. Ce microréacteur est cent fois plus petit qu’un réacteur conventionnel. La taille du réacteur est cruciale pour tous ces dispositifs mobiles. « Développer un réacteur composé de microcanaux est une tâche complexe », explique Oihane Sanz, chercheuse au Département de chimie appliquée de l’Université du Pays basque (UPV/EHU). « Il est essentiel de sélectionner soigneusement les matériaux, d’usiner les microcanaux, d’assembler le système et d’appliquer le revêtement catalytique, entre autres. ».
Comme ils l'ont constaté, ces réacteurs à microcanaux contribuent à améliorer le transfert de chaleur lors de la conversion du méthanol en hydrogène. Grâce à cela, la température de réaction est correctement contrôlée, minimisant ainsi les points chauds où du monoxyde de carbone (CO) est produit. Si du CO est généré simultanément à l'hydrogène, il peut contaminer la pile à combustible et empêcher son bon fonctionnement, interrompant ainsi la production d'énergie.
Un catalyseur stable
De même, le choix d'un catalyseur et l'utilisation d'une méthode de dépôt appropriée sont essentiels pour une réaction optimale. « L'un des principaux défis posés par ces microréacteurs est l'introduction du catalyseur dans des canaux aussi étroits. C'est pourquoi l'objectif de cette recherche était de concevoir un catalyseur stable et de l'intégrer au système de manière optimale », explique Sanz.
Dans les procédés de production d'hydrogène à partir de méthanol, on utilise des catalyseurs au palladium (Pd), comme dans le cas présent. Plus précisément, du PdZnO a été utilisé. « Souvent, lors de l'intégration de catalyseurs dans des réacteurs à microcanaux, leurs caractéristiques sont altérées. Cependant, avec les catalyseurs utilisés dans cette étude, non seulement leurs caractéristiques sont conservées, mais le procédé reste également simple à mettre en œuvre », ajoute-t-il.
Avec l'infrastructure et le catalyseur appropriés, le microréacteur conçu produit 30 litres d'hydrogène liquide par litre de mercure ; le taux de conversion du méthanol est de 95 % et celui du monoxyde de carbone (CO) est inférieur à 1 %. « Il est crucial de contrôler la production de monoxyde de carbone, car il peut contaminer la pile à combustible », souligne Sanz.
« Des systèmes produisant une plus grande quantité d'hydrogène (12-50 lH2/hg) ont été documentés, mais la conversion du méthanol est plus faible (environ 80 %, et dans certains cas, aussi faible que 4 %), et, en outre, des produits marginaux sont générés », ajoute Sanz, qui souligne comment cette conception « nous permet de développer un processus plus propre, plus sûr et moins coûteux ».
Ces travaux de recherche ont été menés par le Département de chimie appliquée de la Faculté des sciences chimiques de l'Université du Pays basque (UPV/EHU), sous la direction du professeur Mario Montes. Ont également collaboré l'équipe du professeur José Antonio Odriozola (ICMS, Centre commun États-Unis-CSIC) de l'Université de Séville, ainsi que l'équipe des professeurs Gurutze Arzamendi et Luis M. Gandia de l'Université publique de Navarre.
Référence bibliographique
FJ Echave, O. Sanz, M. Montes. « Revêtement par lavage de microréacteurs à canaux avec un catalyseur PdZnO pour le reformage du méthanol à la vapeur » Applied Catalysis A: General: 159 -167 2014.
Source : Agence SINC
