Une nouvelle méthode d'extraction propre de l'hydrogène en masse. Non, la fin du pétrole n'aura jamais lieu! | Le Monde en Chantier | Scoop.it

Traduction de l'article en anglais : 

BLACKSBURG, Virginie, 4 avril 2013.

Une équipe de chercheurs de Virginia Tech a découvert un moyen d'extraire de grandes quantités d'hydrogène des végétaux, une percée potentiellement capable d'apporter une source de combustible la moins coûteuse et la plus respectueuse de l'environnement au monde.

 

« Notre nouveau procédé pourrait aider à mettre fin à notre dépendance aux énergies fossiles, » a déclaré Y.H. Percival Zhang, professeur agrégé d'ingénièrie dans la faculté d'agronomie et des Sciences du vivant et la faculté d'ingénierie des systèmes biologiques. « L'hydrogène est l'un des principaux biocarburants du futur ».

 

Zhang et son équipe ont réussi à utiliser le xylose, un sucre simple des plus abondant dans les plantes, pour produire une grande quantité d'hydrogène qui auparavant n'était possible seulement qu'en théorie. La méthode de Zhang est applicable à partir de n'importe quelle source de biomasse.

 

La découverte est le choix de l'éditeur qui l'a mise en vedette dans une version en ligne de la revue sur la chimie, Angewandte Chemie, International Edition.

 

Cette nouvelle méthode écologique de production d'hydrogène utilise les ressources naturelles renouvelables, ne convertit pratiquement aucun gaz à effet de serre et ne nécessite pas de métaux lourds ou coûteux. Les méthodes précédentes pour produire de l'hydrogène sont coûteuses et génèrent des gaz à effet de serre.

 

Le département américain de l'énergie soutient que le combustible à l'hydrogène a le potentiel de réduire considérablement la dépendance aux combustibles fossiles et les constructeurs automobiles tentent résolument de développer des véhicules qui fonctionnent à l'aide de piles à combustible. Contrairement aux moteurs à essence qui crachent des polluants, le seul sous-produit du combustible à l'hydrogène est l'eau. La découverte de Zhang ouvre la porte à une source bon marché et renouvelable d'hydrogène.

Jonathan R. Mielenz, chef de groupe de la division bioscience et de la technologie de biosciences à l'Oak Ridge National Laboratory, familier du travail de Zhang mais pas associé au ce projet, a déclaré que cette découverte est susceptible d'avoir un impact majeur sur la production d'énergie alternative.

 

« La clé de ce développement passionnant est que Zhang utilise le sucre le plus répandu chez les plantes pour produire cet hydrogène, » dit-il. « Il s'agit d'un avantage supplémentaire important pour la production d'hydrogène qui réduit le coût global de production d'hydrogène à partir de la biomasse. »

Mielenz affirme que le processus de Zhang pourrait trouver sa place sur le marché aussi rapidement que trois ans si la technologie est disponible. Zhang dit que qu'une fois disponible dans le commerce, il a la possibilité de faire un impact énorme.

« Le potentiel pour les bé

néfices et les avantages environnementaux sont la réponse au pourquoi tant d'entreprises automobile, pétrole et énergie travaillent sur les véhicules à pile à combustible hydrogène comme le transport de l'avenir, » Zhang a dit. « Beaucoup de gens croient que nous entrerons dans l'économie de l'hydrogène bientôt, avec une capacité de marché d'au moins 1 billion $ dans les seuls États-Unis. »

 

Les obstacles à la production commerciale de gaz d'hydrogène de la biomasse jusque-là relevaient du coût élevé des procédés utilisés et de la quantité relativement faible du produit final.

 

Mais Zhang dit qu'il pense qu'il a trouvé les réponses à ces problèmes.

Pendant sept ans, l'équipe de Zhang s'est axée sur des moyens non traditionnels pour produire de l'hydrogène à haut rendement à faible coût, recherchant spécifiquement des combinaisons d'enzymes, découvrir de nouveaux enzymes et sur l'ingénierie des enzymes ayant les propriétés souhaitées.

 

L'équipe libère de l'hydrogène d'une grande pureté dans des conditions de réaction légère à 122 degrés et à pression atmosphérique normale. Les biocatalyseurs utilisés pour libérer l'hydrogène sont un groupe d'enzymes artificiellement isolés de différents microorganismes qui se développent à des températures extrêmes, dont certaines pourraient croître autour du point d'ébullition de l'eau.

 

Les chercheurs ont choisi d'utiliser le xylose, qui occupe près de 30% des parois cellulaires des plantes. Malgré son abondance, l'utilisation du xylose pour libérer l'hydrogène était limitée. Les microorganismes normaux ou modifiés que la plupart des scientifiques utilisent dans leurs expériences ne peuvent produire de l'hydrogène avec un rendement élevé parce que ces micro-organismes croissent et se reproduisent au lieu de se séparer des molécules d'eau pour produire de l'hydrogène pur.

 

Pour libérer de l'hydrogène, les scientifiques de Virginia Tech ont séparé un certain nombre d'enzymes de leurs micro-organismes indigènes pour créer un cocktail d'enzymes personnalisé qui n'existe pas dans la nature. Les enzymes, lorsqu'il sont combinés avec le xylose et un polyphosphate, libérent le volume exceptionnellement élevé d'hydrogène du xylose, aboutissant à l'obtention d'environ trois fois plus d'hydrogène que les autres micro-organismes produisant de l'hydrogène.

 

L'énergie stockée dans le xylose sépare les molécules d'eau, produisant un hydrogène de grande pureté qui peut être directement utilisé par les piles à combustible à membrane échangeuse de protons. Encore plus plaisant, cette réaction se produit à basse température, produisant de l'hydrogène à énergie supérieure à l'énergie chimique stockée dans le xylose et le polyphosphate. Cela se traduit par une efficacité énergétique de plus de 100% en gain net d'énergie. Cela signifie que le peu d'énergie nécessaire à la chaleur basse température pour la chimie peut être utilisé pour produire de l'hydrogène de haute qualité pour la première fois. Les autres procédés qui transforment le sucre en biocarburants comme l'éthanol et le butanol ont des économies d'énergie de moins de 100 pour cent, ce qui entraîne une pénalité de l'énergie.

 

Dans ses recherches précédentes, Zhang a utilisé des enzymes pour produire de l'hydrogène à partir d'amidon, mais la réaction exigeait une source de nourriture qui a rendu le processus trop coûteux pour la production de masse.

 

Le marché commercial pour l'hydrogène gazeux est maintenant d'environ 100 milliards $ pour l'hydrogène produit à partir de gaz naturel, qui est coûteux à fabriquer et génère une grande quantité de dioxyde de carbone, un des gaz à effet de serre. L'industrie utilise le plus souvent l'hydrogène pour la fabrication de l'ammoniac des engrais et pour affiner les produits pétrochimiques, mais une source peu coûteuse et abondante verte de l'hydrogène peut changer rapidement ce marché.

 

« Il n'est pas vraiment de sens à utiliser les ressources naturelles non renouvelables pour produire de l'hydrogène », a déclaré Zhang. « Nous pensons que cette découverte peut changer le jeu dans le monde des énergies alternatives. ».

 

Le soutien actuel pour cette recherche provient du département des systèmes d'ingénierie biologique à Virginia Tech. Des ressources additionnelles sont apportées par le programme d'innovation de Shell, Virginia Tech College d'Agriculture et Sciences de la vie Biodesign et Bioprocessing Research Center et l'US Department Bioenergy Science Center, Division des Sciences chimiques, sciences de la terre et Biosciences, Bureau des Sciences de l'énergie, base du ministère de l'énergie. L'auteur principal de l'article, Julia S. Martin Del Campo, qui travaille au laboratoire de Zhang, a reçu une subvention du Conseil mexicain de la Science et la technologie.

 

À l'échelle nationale, classé parmi les institutions de recherche de pointe du genre, le Virginia Tech College d'Agriculture et Sciences de la vie se concentre sur la science et les des systèmes vivants à travers l'apprentissage, la découverte et l'engagement dans les affaires. Le programme de formation complet du Collège donne à plus de 3 100 étudiants, dans une douzaine de départements universitaires, une formation équilibrée qui va de la production alimentaire et de la fibre à l'économie de la santé humaine. Les élèves apprennent des leaders mondiaux en agronomie, qui apportent les dernières sciences et technologies dans la salle de classe.