La nature, modèle pour le stockage durable de l'hydrogène
Comment la biocatalyse pourrait améliorer la technologie LOHC
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L'hydrogène est largement considéré comme la pierre angulaire d'une industrie énergétique et chimique neutre sur le plan climatique. Pour exploiter pleinement son potentiel, il doit toutefois être stocké et transporté de manière sûre, efficace et avec une consommation d'énergie minimale. Dans un nouvel article de synthèse, des chercheurs de la RWTH et de l’Institut Helmholtz d’Erlangen-Nuremberg pour les énergies renouvelables examinent comment les systèmes biologiques pourraient contribuer à façonner la prochaine génération de technologies de stockage de l’hydrogène liquide.
Dans un article de synthèse accepté pour publication dans la revue *Renewable and Sustainable Energy Reviews*, intitulé « », le Dr Michael Geißelbrecht, Hannes Mandon, le professeur Peter Wasserscheid et le professeur Lars Lauterbach examinent quels principes sous-jacents à la conversion biologique de l’hydrogène pourraient inspirer la prochaine génération de vecteurs d’hydrogène organiques liquides (LOHC). Ces composés liquides peuvent se lier chimiquement à l’hydrogène, le stocker et le libérer en cas de besoin. Comme ils restent à l’état liquide tout au long du processus, ils peuvent être manipulés en grande partie à l’aide des infrastructures existantes destinées aux carburants liquides et autres vecteurs énergétiques.
Un défi majeur subsiste toutefois. De nombreux systèmes LOHC actuels nécessitent des températures élevées, des catalyseurs spécialisés et des conditions de fonctionnement rigoureusement contrôlées pour stocker et libérer l’hydrogène efficacement. C’est là que la biologie offre une source d’inspiration précieuse. Les organismes vivants sont capables de convertir l’hydrogène et les électrons avec une efficacité remarquable dans des conditions douces. Pour ce faire, les micro-organismes s’appuient sur des hydrogénases, des enzymes qui activent et libèrent l’hydrogène, ainsi que sur des systèmes redox biologiques hautement sophistiqués.
« Les catalyseurs biologiques montrent comment l’hydrogène peut être converti avec une sélectivité remarquable dans des conditions douces. Ces principes de conception naturels pourraient inspirer une nouvelle génération de systèmes LOHC bio-inspirés. Notre objectif est de tester ces concepts à l’aide de biocatalyseurs convertissant l’hydrogène et d’évaluer leur potentiel pour les technologies durables de l’hydrogène », explique le professeur Lars Lauterbach, de l’Institut de microbiologie appliquée de l’université RWTH d’Aix-la-Chapelle.
Ces recherches réunissent deux domaines qui ont largement évolué de manière indépendante : la biocatalyse moléculaire et le stockage chimique de l’hydrogène. Le groupe de M. Lauterbach à la RWTH apporte son expertise en matière de biocatalyseurs dépendants de l’hydrogène et de systèmes biologiques destinés à la conversion de substrats gazeux, tandis que l’équipe du professeur Peter Wasserscheid, à l’Institut Helmholtz d’Erlangen-Nuremberg pour les énergies renouvelables, développe des technologies de vecteurs d’hydrogène organiques liquides. Au centre de recherche WSS « catalaix », ces approches complémentaires sont combinées afin de faire progresser les technologies catalytiques au service d’une économie circulaire durable.
« Les technologies LOHC sont particulièrement intéressantes car elles stockent l’hydrogène sous forme liquide, ce qui leur permet de tirer parti des infrastructures de stockage et de transport existantes », explique M. Wasserscheid. « En nous inspirant des systèmes biologiques, nous pouvons identifier de nouvelles stratégies pour que les futurs systèmes LOHC fonctionnent dans des conditions plus douces, avec une plus grande sélectivité et une durée de vie plus longue des catalyseurs. »
Cette étude met en avant plusieurs principes biologiques susceptibles de contribuer à façonner les futures technologies de stockage de l’hydrogène. Parmi ceux-ci figurent les microenvironnements sur mesure au niveau des sites catalytiques, les médiateurs redox-actifs, le transfert d’électrons couplé aux protons et les voies de réaction couplées. À long terme, ces concepts pourraient contribuer à abaisser les températures de réaction, à réduire les réactions secondaires indésirables et à prolonger la durée de vie tant des catalyseurs que des molécules vectrices.
Plutôt que de proposer un nouveau composé LOHC, cette publication présente un cadre conceptuel pour la conception de la prochaine génération de catalyseurs et de molécules porteuses, alliant la robustesse des systèmes chimiques à la précision des systèmes biologiques. En réunissant l’expertise de la RWTH et de l’Institut Helmholtz, les chercheurs ouvrent de nouvelles voies pour des technologies de stockage de l’hydrogène plus efficaces, plus sélectives et, à terme, plus durables.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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