L’invention d’un panneau photo-réacteur pour produire de l’hydrogène sur les toits

Dans le contexte actuel marqué par la quête de la durabilité et la lutte contre le réchauffement climatique, l’hydrogène suscite un grand intérêt. Ce vecteur d’énergie serait un élément clé pour la décarbonation de l’industrie manufacturière et des transports. Lorsque son processus de production présente de faibles émissions de gaz à effet de serre, il est qualifié comme un « carburant propre ». Le coût de cet hydrogène vert est cependant deux à quatre fois plus élevé que celui de l’hydrogène gris. Mais actuellement, ce problème se résout progressivement grâce à l’évolution des techniques utilisées dans cette filière. Un groupe de chercheurs de l’Institut de Technologie de Karlsruhe, en Allemagne, a notamment réussi à concevoir des panneaux photo-réacteurs à faible coût. De plus, le rendement de ces modules serait excellent. Nous vous invitons à en apprendre plus sur cette innovation.

Pourquoi ces photo-réacteurs seraient-ils moins coûteux ?

Ces scientifiques allemands pensent que les nouvelles technologies doivent être attractives sur le plan économique afin d’assurer leur viabilité et leur lancement sur le marché. C’est pourquoi ils ont tenu à minimiser le coût de leurs photo-réacteurs sans pour autant sacrifier leurs performances. Paul Kant, un des auteurs de cette recherche, a affirmé que les matériaux et les géométries utilisés sont bon marché. En effet, les panneaux sont composés de trois pièces construites en polymère et produites par des méthodes de fabrication de masse. Le module optique est en polycarbonate, les connecteurs de fluide sont en polyéthylène et la couche réfléchissante est en aluminium pulvérisé.

Notons qu’il faut ajouter au coût de ces matériaux le prix d’un catalyseur, les dépenses liées à la fabrication des composants du réacteur et les coûts d’exploitation. D’après cette étude, un retour sur investissement de 34 % et un taux d’intérêt de 24 % pourraient être atteints sur une période d’exploitation de dix ans. Outre ces éventuels avantages économiques, ces panneaux photo-réacteurs seraient polyvalents. Ils pourraient être utilisés pour produire de l’hydrogène à grande échelle dans les fermes solaires et à petite échelle en les installant sur les toits des bâtiments.

Quel est le rendement de ces réacteurs optimisés ?

Selon Kant, un bon photo-réacteur devrait conduire la lumière du soleil vers le photo-catalyseur, tout en limitant les pertes d’énergie. Son efficacité devrait être maintenu, quelle que soit la position du soleil durant la journée. Outre cela, le matériau et la structure de ce dispositif doivent remplir les conditions requises pour garantir un fonctionnement optimal du photo-catalyseur. Il est notamment nécessaire de fournir la température ou l’intensité idéale au cours de l’absorption de la lumière. Les panneaux photo-réacteurs mis au point par ces scientifiques répondent ainsi à ces critères. Ils sont constitués d’un réseau de canaux de réaction, fabriqué par une technique d’extrusion. Chaque canal comporte un concentrateur en forme de V, qui capture la lumière provenant de toutes les directions. L’énergie lumineuse reçue est ensuite dirigée vers une cavité miroir en forme de tube, dans laquelle se trouve le volume de réaction.

Grâce à cette conception optimisée, l’efficacité photocatalytique UV-Visible obtenue serait maximisée. Celle-ci s’établissait à 5,8 % pour la réaction d’oxydoréduction induite par les photons lors des expériences réalisées en laboratoire. Elle serait quatre fois plus élevée que celle enregistrée avec un simple photo-réacteur capillaire classique en verre de quartz. Ces chercheurs ont expliqué que ce travail d’optimisation d’un processus photocatalytique solaire nécessite des compétences multidisciplinaires, notamment en science des matériaux, en génie chimique et en optique. Il repose sur deux éléments fondamentaux, à savoir le rendement quantique du photo-catalyseur utilisé et les performances des photo-réacteurs. Plus d’informations : Joule