Exploiter l’hydrogène de manière sûre, facile et abordable pour un avenir décarbonisé

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Des scientifiques du RIKEN Center for Emergent Matter Science au Japon ont trouvé un moyen de stocker l’ammoniac de manière sûre et efficace en utilisant une réaction chimique. Ils ont utilisé une pérovskite appelée iodure d’éthylammonium et de plomb (EAPbI3) qui interagit avec l’ammoniac à température ambiante, transformant sa structure et stockant l’ammoniac à l’intérieur. Fait remarquable, l’ammoniac stocké peut être simplement récupéré en chauffant légèrement le composé, et la pérovskite peut être réutilisée pour des cycles de stockage et d’extraction continus.

Des scientifiques japonais ont découvert un composé, l’iodure d’éthylammonium et de plomb, qui peut stocker et libérer l’ammoniac de manière sûre et efficace. Cette découverte pourrait permettre à l’ammoniac de devenir un vecteur d’hydrogène sans carbone, contribuant ainsi à la transition vers une société décarbonisée.

Des chercheurs du RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS) au Japon ont découvert un composé qui utilise une réaction chimique pour stocker l’ammoniac, offrant potentiellement un moyen plus sûr et plus facile de stocker ce produit chimique important. Cette découverte, publiée dans le Journal of the American Chemical Society le 10 juillet, permet non seulement de stocker l’ammoniac en toute sécurité et de manière pratique, mais aussi l’important hydrogène. Cette découverte devrait contribuer à ouvrir la voie à une société décarbonisée dotée d’une économie de l’hydrogène pratique.

Pour que la société passe d’une énergie à base de carbone à une énergie à base d’hydrogène, nous avons besoin d’un moyen sûr de stocker et de transporter l’hydrogène, qui est en soi hautement combustible. L’une des solutions consiste à le stocker en tant que partie d’une autre molécule et à l’extraire en cas de besoin. L’ammoniac, dont le nom chimique est NH3, est un bon vecteur d’hydrogène, car chaque molécule contient trois atomes d’hydrogène et près de 20 % du poids de l’ammoniac est constitué d’hydrogène.

Stockage et extraction de l'ammoniac par réaction chimique

Changements réversibles de couleur et de structure cristalline au cours du stockage et de l’extraction de l’ammoniac par conversion chimique. Crédit : RIKEN

Le problème, cependant, est que l’ammoniac est un gaz très corrosif, ce qui le rend difficile à stocker et à utiliser. Actuellement, l’ammoniac est généralement stocké en le liquéfiant à des températures bien inférieures au point de congélation dans des conteneurs résistants à la pression. Les composés poreux peuvent également stocker l’ammoniac à température et pression ambiantes, mais la capacité de stockage est faible et l’ammoniac ne peut pas toujours être récupéré facilement. La nouvelle étude fait état de la découverte d’une pérovskite, un matériau doté d’une structure cristalline répétitive caractéristique, qui peut facilement stocker l’ammoniac et qui permet également de le récupérer facilement et complètement à des températures relativement basses.

L’équipe de recherche dirigée par Masuki Kawamoto au RIKEN CEMS s’est concentrée sur la pérovskite éthylammonium iodure de plomb (EAPbI3), dont l’écriture chimique est CH3CH2NH3PbI3. Ils ont découvert que sa structure colonnaire unidimensionnelle subit une réaction chimique avec l’ammoniac à température et pression ambiantes, et se transforme dynamiquement en une structure stratifiée bidimensionnelle appelée hydroxyde d’iodure de plomb, ou Pb(OH)I. Grâce à ce processus, l’ammoniac est stocké dans la structure en couches par conversion chimique. Ainsi, l’EAPbI3 peut stocker en toute sécurité l’ammoniac gazeux corrosif sous la forme d’un composé azoté dans le cadre d’un processus beaucoup moins coûteux que la liquéfaction à -33°C (-27,4°F) dans des conteneurs pressurisés. Plus important encore, le processus de récupération de l’ammoniac stocké est tout aussi simple.

« À notre grande surprise, l’ammoniac stocké dans l’iodure d’éthylammonium et de plomb pouvait être facilement extrait en le chauffant doucement », explique M. Kawamoto. Le composé azoté stocké subit une réaction inverse à 50°C (122°F) sous vide et redevient de l’ammoniac. Cette température est bien inférieure aux 150°C (302°F) ou plus nécessaires pour extraire l’ammoniac des composés poreux, ce qui fait de l’EAPbI3 un excellent support pour traiter les gaz corrosifs dans le cadre d’un processus simple et rentable. En outre, après avoir retrouvé sa structure colonnaire unidimensionnelle, la pérovskite peut être réutilisée, ce qui permet de stocker et d’extraire l’ammoniac de manière répétée. Autre avantage : le composé normalement jaune est devenu blanc après la réaction. Selon M. Kawamoto, « la capacité du composé à changer de couleur lors du stockage de l’ammoniac signifie que des capteurs d’ammoniac basés sur la couleur peuvent être développés pour déterminer la quantité d’ammoniac stockée ».

La nouvelle méthode de stockage a plusieurs utilisations. À court terme, les chercheurs ont mis au point une méthode sûre de stockage de l’ammoniac, qui a déjà de multiples usages dans la société, des engrais aux produits pharmaceutiques en passant par les textiles. « À long terme », déclare Yoshihiro Ito du RIKEN CEMS, coauteur de l’étude, « nous espérons que cette méthode simple et efficace pourra faire partie de la solution pour parvenir à une société décarbonisée grâce à l’utilisation de l’ammoniac comme vecteur d’hydrogène sans carbone ».

Cette recherche contribuera à la réalisation des Objectifs de développement durable (ODD) 2016 définis par les Nations unies, en particulier l’Objectif 7 : Énergie abordable et propre et l’Objectif 13 : Action pour le climat.

Référence : « Chemical storage of ammonia through dynamic structural transformation of a hybrid perovskite compound » 10 juillet 2023, Journal of the American Chemical Society.
DOI : 10.1021/jacs.3c04181