Vers une production électrolytique d’hydrogène « vert »

La production efficace d’hydrogène dans des conditions douces est un enjeu énergétique majeur pour diminuer notre dépendance en matières premières dérivées du pétrole. L’électrolyse de l’eau pour la production d’hydrogène intéresse tout particulièrement les scientifiques car ce procédé donne accès à une source d’énergie renouvelable à partir d’une ressource facilement accessible et inépuisable. Déjà mise en place à l’échelle industrielle, elle utilise des électrodes coûteuses, à base de métaux nobles comme le platine, fonctionnant uniquement en milieu fortement acide. D’où l’intérêt d’imaginer de nouvelles électrodes permettant une production d’hydrogène dans des conditions plus douces (moins acides), constituées de métaux abondants et donc peu coûteux.

Dans le milieu naturel, les enzymes appelées hydrogénases sont connues pour produire de l’hydrogène de manière très performante dans des conditions douces (pression atmosphérique et température ambiante, pH neutre). Les sites actifs de ces enzymes contenant des métaux abondants dans la croûte terrestre comme le fer, le nickel ou encore le cobalt, il devrait donc être possible de les utiliser pour reproduire artificiellement cette production d’hydrogène.

En s’inspirant de ces enzymes, des scientifiques de l’Institut des sciences chimiques de Rennes (CNRS/Université Rennes/ENSCR/INSA Rennes) et de l’Institut de chimie moléculaire et des matériaux d’Orsay (CNRS/Université Paris-Saclay) ont préparé un complexe à base de cobalt au sein duquel les atomes métalliques sont pontés par des atomes de soufre, comme c’est le cas dans les hydrogénases. Entouré de longues chaines carbonées spécialement conçues pour se fixer à la surface de nanotubes de carbone qui jouent le rôle d’électrodes, ce système a permis pour la première fois de produire de l’hydrogène dans des conditions neutres (pH = 7), à pression et température ambiantes, sur plus de 50 000 cycles catalytiques. Particulièrement stable, ce système permet de produire de l’hydrogène en continu pendant plus de 16 heures et peut être recyclé et réutilisé plusieurs fois.

Ces résultats, parus dans la revue ACS Catalysis, pourraient conduire au développement de nouvelles électrodes et de systèmes d’électrolyse plus performants et plus respectueux de l’environnement.

Rédacteur : CCdM