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Fabriquer ou utiliser l’hydrogène sans platine est un enjeu important pour cette filière nouvelle. Des chercheurs français ont réussi à mettre au point un catalyseur sans platine, alternative prometteuse pour les piles à combustible.
Parmi les obstacles qui ralentissent –ou bloquent- l’avancée de la voiture à hydrogène, il y a le coût élevé de la fabrication des piles à combustibles. Ces piles utilisent du platine, métal aussi rare et cher que l’or, pour accélérer la réaction chimique (la catalyse) qui permet de produire de l’électricité à partir de l’hydrogène et de l’oxygène. Remplacer le platine par un métal bon marché est nécessaire pour baisser le coût des catalyseurs.
Des chercheurs français se sont inspirés de la biologie pour mettre au point un matériau capable de catalyser sans platine, permettant aussi bien l’utilisation de l’hydrogène dans les piles à combustibles, que la production de l’hydrogène par électrolyse.
Des enzymes qui n’aiment pas l’oxygène
Pour cela, des chercheurs de plusieurs laboratoires du CEA, de l’Université Joseph Fourier de Grenoble et du CNRS (1) se sont inspirés des hydrogénases, des enzymes présentes dans des microorganismes, qui utilisent du fer ou du nickel pour produire l’hydrogène à partir de l’eau ou pour s’en servir comme source d’énergie.
«Présentes dans des bactéries ou des algues, ces enzymes sont issues d’une époque très lointaine où il n’avait pas d’oxygène dans l’atmosphère terrestre mais du monoxyde de carbone ou de l’hydrogène» explique Vincent Artero, du Laboratoire de chimie et biologie des métaux (Grenoble). Mais elles sont détruites ou inhibées par l’oxygène si bien que ces micro-organismes ont trouvé refuge dans des environnements très particuliers, comme les fumeurs noirs, le long des dorsales océaniques, où l’hydrogène est abondant.
«De précédents travaux ont montré que ces enzymes immobilisées sur des électrodes sont aussi efficaces que le platine comme catalyseur», précise Vincent Artero. Cependant les hydrogénases sont délicates à manier, sensibles à l’oxygène et difficiles à produire, ajoute le chercheur. Son équipe a donc opté pour l’utilisation d’un catalyseur synthétique imitant les hydrogénases. Leur structure cristallographique est connue, l’arrangement des atomes au niveau des sites où se passe la réaction catalytique aussi.
Fixées sur des nanotubes
Vincent Artero, Serge Palacin et leurs collègues ont placé ces ‘imitations’ sur des nanotubes de carbone, qui permettent de greffer un grand nombre de catalyseurs par unité de surface sur l’électrode. Pour tester les performances technologiques de ce catalyseur à base de nickel, les chercheurs ont utilisé les moyens du Liten (1).
«Nous avons une activité dans les deux sens, production et utilisation de l’hydrogène, comme avec l’enzyme» résume Vincent Artero. «La tension à fournir à l’électrode est quasiment la même qu’avec le platine. La vitesse de catalyse en revanche est 10 à 100 fois plus faible qu’avec le platine».
Ces résultats prometteurs, publiés aujourd’hui dans la revue Science, doivent donc encore être améliorés, soit en augmentant la quantité de catalyseur sur l’électrode soit en améliorant la chimie du catalyseur lui-même. «Nous avons 10 à 20 ans de travail devant nous» estime Vincent Artero.
Cécile Dumas
Sciences-et-Avenir.com
Fabriquer ou utiliser l’hydrogène sans platine est un enjeu important pour cette filière nouvelle. Des chercheurs français ont réussi à mettre au point un catalyseur sans platine, alternative prometteuse pour les piles à combustible.
Parmi les obstacles qui ralentissent –ou bloquent- l’avancée de la voiture à hydrogène, il y a le coût élevé de la fabrication des piles à combustibles. Ces piles utilisent du platine, métal aussi rare et cher que l’or, pour accélérer la réaction chimique (la catalyse) qui permet de produire de l’électricité à partir de l’hydrogène et de l’oxygène. Remplacer le platine par un métal bon marché est nécessaire pour baisser le coût des catalyseurs.
Des chercheurs français se sont inspirés de la biologie pour mettre au point un matériau capable de catalyser sans platine, permettant aussi bien l’utilisation de l’hydrogène dans les piles à combustibles, que la production de l’hydrogène par électrolyse.
Des enzymes qui n’aiment pas l’oxygène
Pour cela, des chercheurs de plusieurs laboratoires du CEA, de l’Université Joseph Fourier de Grenoble et du CNRS (1) se sont inspirés des hydrogénases, des enzymes présentes dans des microorganismes, qui utilisent du fer ou du nickel pour produire l’hydrogène à partir de l’eau ou pour s’en servir comme source d’énergie.
«Présentes dans des bactéries ou des algues, ces enzymes sont issues d’une époque très lointaine où il n’avait pas d’oxygène dans l’atmosphère terrestre mais du monoxyde de carbone ou de l’hydrogène» explique Vincent Artero, du Laboratoire de chimie et biologie des métaux (Grenoble). Mais elles sont détruites ou inhibées par l’oxygène si bien que ces micro-organismes ont trouvé refuge dans des environnements très particuliers, comme les fumeurs noirs, le long des dorsales océaniques, où l’hydrogène est abondant.
«De précédents travaux ont montré que ces enzymes immobilisées sur des électrodes sont aussi efficaces que le platine comme catalyseur», précise Vincent Artero. Cependant les hydrogénases sont délicates à manier, sensibles à l’oxygène et difficiles à produire, ajoute le chercheur. Son équipe a donc opté pour l’utilisation d’un catalyseur synthétique imitant les hydrogénases. Leur structure cristallographique est connue, l’arrangement des atomes au niveau des sites où se passe la réaction catalytique aussi.
Fixées sur des nanotubes
Vincent Artero, Serge Palacin et leurs collègues ont placé ces ‘imitations’ sur des nanotubes de carbone, qui permettent de greffer un grand nombre de catalyseurs par unité de surface sur l’électrode. Pour tester les performances technologiques de ce catalyseur à base de nickel, les chercheurs ont utilisé les moyens du Liten (1).
«Nous avons une activité dans les deux sens, production et utilisation de l’hydrogène, comme avec l’enzyme» résume Vincent Artero. «La tension à fournir à l’électrode est quasiment la même qu’avec le platine. La vitesse de catalyse en revanche est 10 à 100 fois plus faible qu’avec le platine».
Ces résultats prometteurs, publiés aujourd’hui dans la revue Science, doivent donc encore être améliorés, soit en augmentant la quantité de catalyseur sur l’électrode soit en améliorant la chimie du catalyseur lui-même. «Nous avons 10 à 20 ans de travail devant nous» estime Vincent Artero.
Cécile Dumas
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