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Biocarburant : de l’hydrogène bon marché produit à partir de maïs

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L'hydrogène comme source d'énergie propre, efficace... et bon marché : cela pourrait bientôt devenir une réalité. Une équipe de l'institut de Technologie de Virginie a en effet développé une méthode de production d'hydrogène écologique et économique à partir de résidus végétaux, en l'occurrence du maïs. Une solution qui pourrait permettre de généraliser l'utilisation de ce biocarburant et des véhicules à pile à combustible.

Les chercheurs de l’institut de Technologie de Virginie utilisent les sucres les plus abondants dans les plantes en général et dans le maïs en particulier pour produire de l'hydrogène. Ils réduisent ainsi le coût global de la production d'hydrogène à partir de biomasse. © Tomas Moravec

Depuis une dizaine d'années, l'équipe de Percival Zhang travaille à mettre au point des techniques de production d’hydrogène alternatives et économiques. Les chercheurs de l'institut de Technologie de Virginie (États-Unis) s'intéressent tout particulièrement aux actions d'enzymes (les catalyseurs des cellules) et à leur capacité à libérer l'hydrogène retenu dans les plantes. Dans un numéro récent des Proceedings of the National Academy of Sciences, ils dévoilent une méthode de production bon marché et à haut rendement qui exploite les sucres contenus dans le maïs.

Pourquoi un tel intérêt pour l'hydrogène alors que sa consommation ne représente qu'un faible pourcentage de la production mondiale d'énergie ? D'abord parce qu'avec une densité énergétique de 33 kWh par kilogramme, il contient par exemple trois fois plus d'énergie que le gazole et même 2,5 fois plus que le gaz naturel. Par ailleurs, utilisé dans une pile à combustible, l'hydrogène, qui se combine à l'air pour produire de l'électricité, ne rejette rien d'autre que de l'eau. Il fait donc figure de carburant idéal pour les voitures du futur. Cependant, les technologies de production classiques reposent aujourd'hui encore largement sur des combustibles fossiles (hydrocarbures, gaz naturel, etc.). Elles coûtent cher et dégagent de grandes quantités de CO2. D'où l'importance des travaux menés par l'équipe de Percival Zhang.

Pour Percival Zhang, l'hydrogène jouera un rôle majeur sur le marché des biocarburants du futur. Il pourrait ainsi alimenter les piles à combustible de nos véhicules. © P. Stroppa, CEA

Extraire l'hydrogène du glucose et du xylose du maïs

Il existe déjà des méthodes de production d'hydrogène à partir de biomasse mais elles reposent en général sur une matière première de sucres raffinés, lesquels exigent déjà une dépense d'énergie pour leur production. Les chercheurs de l'institut de Technologie de Virginie proposent quant à eux d'exploiter des déchets de biomasse tels que les tiges ou les enveloppes des épis de maïs (principale céréale cultivée aux États-Unis). De quoi réduire les coûts et imaginer un modèle de production d'énergie distribuée qui serait à la fois au plus près des usines de transformation et des consommateurs.

S'appuyant sur un modèle informatique, l'équipe de Percival Zhang a décortiqué les réactions enzymatiques possibles pour dégrader les sucres de résidus de maïs avec production d'hydrogène et de CO2. Les chercheurs ont ainsi découvert une série de chaîne de réactions qui n'existe pas dans la nature mais qui s'avère très efficace pour extraire l'hydrogène contenu à la fois dans le glucose et dans le xylose du maïs. En agissant sur ces deux types de sucres simultanément, ils ont pu augmenter la vitesse de libération de l'hydrogène et aller jusqu'à tripler le volume produit de manière plus classique.

L'équipe de l'institut de Technologie de Virginie a également réussi à augmenter d'un facteur dix le rendement des réactions enzymatiques par rapport aux meilleures méthodes connues aujourd'hui. Un niveau suffisant pour envisager la production d'hydrogène au sein de petites installation, « semblables aux stations-services traditionnelles » affirment les chercheurs. D'autant que la réaction biologique impliquée ne nécessite pas la création de conditions particulières qui exigeraient de gros moyens techniques. L'hydrogène produit peut être facilement séparé des enzymes en solution aqueuse et reste de grande qualité. De quoi généraliser l'utilisation de véhicules à pile à combustible, selon les chercheurs américains, et diminuer ainsi de manière spectaculaire le recours aux combustibles fossiles et les émissions de gaz à effet de serre.

L'équipe dispose d'ores et déjà des fonds nécessaires pour franchir le pas suivant, celui de la réalisation d'un démonstrateur industriel.

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