La transition vers un monde durable, où les énergies renouvelables jouent un rôle clé dans l’approvisionnement énergétique mondial, se poursuit. Dans cette optique, des chercheurs de l’Académie Chinoise des Sciences ont relancé un projet de 2023 visant à redéfinir une usine de dessalement d’eau de mer de 250 kW capable de produire de l’hydrogène vert et de l’eau douce en récupérant la chaleur générée par le processus d’électrolyse.
Ce système optimise à la fois la production et les coûts. Les dernières données récoltées lors d’un essai de 40 jours témoignent non seulement de la fiabilité de l’installation, mais révèlent également une augmentation de l’efficacité énergétique de 14,4%, avec un coût de production réduit à 2,10 dollars par kilogramme d’hydrogène, lorsque le procédé est alimenté par de l’énergie éolienne terrestre.
Avec cette avancée, l’équipe asiatique souhaite s’attaquer à un enjeu majeur de la recherche : utiliser l’eau de mer pour générer de l’hydrogène vert via un système intégré de dessalement utilisant la chaleur résiduelle.
Améliorer la production sans coût supplémentaire
Ce travail, publié dans Nature Energy, a été dirigé par les chercheurs de l’Institut de Physique Chimique de Dalian, Deng Dehui et Liu Yanting. Ils ont cherché à réduire certains des principaux défis que pose l’eau de mer dans ce type de processus. Le premier obstacle se manifeste durant l’électrolyse, où les ions chlorure corrodent les électrodes (anode), tandis que le calcium et le magnésium créent des dépôts minéraux sur le cathode.
De même, le processus de dessalement préalable impacte la rentabilité, car le filtrage de l’eau par osmose inverse nécessite des équipements supplémentaires et accroît considérablement la consommation électrique. Pour surmonter ces obstacles, l’équipe a élaboré une solution technique qui exploite la chaleur résiduelle du système pour réduire le coût de production de l’hydrogène tout en produisant simultanément de l’eau douce.
La clé de ce système réside dans la capture de l’énergie normalement perdue durant le processus. Les électrolyseurs commerciaux fonctionnent entre 80 et 90 °C, un niveau où environ 30% de l’électricité consommée est convertie en chaleur résiduelle de faible qualité. Pour tirer parti de cette ressource, l’équipe a relié l’électrolyseur à une tour de distillation sous vide, capable de canaliser cette énergie thermique.
Production simultanée d’eau et de minéraux
Grâce à ce design, l’eau de mer bout à seulement 40 ou 50 °C. La vapeur obtenue se condense pour générer de l’eau douce, offrant ainsi un double avantage : auto-approvisionner l’électrolyseur et fournir un surplus pour d’autres usages. En outre, l’eau de mer concentrée peut servir de matière première pour obtenir d’autres ressources telles que sel, uranium ou brome, optimisant ainsi la rentabilité de l’installation.
Selon les données de l’étude, l’usine de 250 kW pourrait produire annuellement environ 380 000 mètres cubes d’hydrogène de haute pureté (99,99 %) et 256 tonnes d’eau potable. L’essai, mené par l’équipe chinoise, a duré sept semaines, période durant laquelle l’installation a fonctionné comme une usine conventionnelle, avec des arrêts quotidiens pour vérifier la fiabilité des processus.
Viabilité économique et opportunité d’optimiser les processus
Élargir un projet récent et maximiser son efficacité semble être le choix judicieux pour les chercheurs. Comme dans toute recherche autour de la production de ressources énergétiques, le défi consiste à équilibrer les coûts de production et le rendement.
Actuellement, le coût du kilogramme d’hydrogène vert s’établit à environ 3,90 dollars. L’usine en question a réussi à produire à des coûts variant entre 2,10 et 2,90 dollars, selon la source d’électricité utilisée, soit éolienne terrestre, soit solaire. Dans les deux cas, sa viabilité financière est positive.
Cependant, comme l’ont indiqué les responsables du projet, des améliorations doivent encore être apportées à l’efficacité globale. Les prochaines étapes viseront à utiliser de meilleurs catalyseurs, à perfectionner le processus de récupération de la chaleur résiduelle de l’électrolyseur et à mettre en place des modèles algorithmiques pour optimiser les paramètres opérationnels.
Points à retenir
- Les chercheurs explorent un système permettant de produire de l’hydrogène vert à partir d’eau de mer.
- Le processus utilise la chaleur résiduelle pour minimiser les coûts de production.
- La production d’eau douce est un co-produit essentiel de ce système.
- La viabilité économique de l’installation est prometteuse, avec des coûts de production bien inférieurs à la moyenne actuelle.
- Des améliorations sont encore nécessaires en matière d’efficacité et de robustesse technologique.
À titre personnel, je pense que cette approche innovante pourrait véritablement transformer notre façon de penser à l’énergie durable. Le mariage de la production d’hydrogène et du dessalement, bien que technique, est un exemple éloquent d’un avenir où l’innovation rencontre les besoins pressants de notre planète. Il est crucial de se demander comment ces avancées peuvent être intégrées à plus grande échelle pour répondre aux défis énergétiques mondiaux tout en préservant nos ressources en eau. À ce stade, le défi est aussi social et politique : comment encourager l’adoption de telles technologies? C’est un sujet qui mérite une réflexion approfondie.