Découverte d’un nouveau système de captage de l’hydrogène plus compact

Communiqué de presse - Recherche UCLouvain

L'hydrogène (H2) est l'élément chimique le plus léger actuellement connu, ce qui en fait la solution énergétique la plus prometteuse, notamment comme alternative écologique pour la mobilité (voitures, camions, bateaux) et l'utilisation stationnaire (stockage d'énergie renouvelable intermittente, industrie lourde, ...). Le problème majeur rencontré aujourd’hui pour une utilisation à grande échelle, c’est sa densité importante, rendant son stockage très compliqué. A titre d’exemple, l'H2 comprimé nécessite une pression élevée, alors que l'hydrogène liquide nécessite l'utilisation de températures extrêmement basses (-253 °C).

La solution ? L’utilisation de matériaux poreux, capables de fixer les molécules d'hydrogène à la surface de pores moléculaires, réduisant la pression requise et augmentant la température de stockage. Dans ce cadre, une équipe scientifique internationale, dirigée par Yaroslav Filinchuk, professeur à l’école de chimie de l'UCLouvain, repousse considérablement les limites de la densité volumétrique de l'hydrogène dans les matériaux poreux. Ils ont découvert qu'une forme poreuse de borohydrure de magnésium, γ-Mg(BH4)2 = matériau cristallin, est capable de stocker une densité plus de deux fois supérieure à celle de l'hydrogène liquide. Cette découverte majeure est publiée dans la revue scientifique Nature Chemistry.

Concrètement, les scientifiques UCLouvain ont mis au jour de nouvelles liaisons entre molécules et atomes d’hydrogène, permettant à l'hydrogène de remplir les pores du matériau cristallin¹ différemment qu'une molécule similaire d'azote. Des expériences plus détaillées ont permis de constater que le chargement complet en hydrogène est 3,5 fois plus dense qu'avec de l'azote dans le même matériau. Comment ? Grâce à la structure des pores, composée d’atomes d’hydrogène chargés négativement (alors qu’habituellement, ces structures sont neutres). Cette charge négative incite les molécules d’hydrogène à se positionner de manière à interagir hyper efficacement avec les atomes d’hydrogène, ce qui permet de les stocker de façon optimale (très dense).

Ce travail collaboratif ouvre la voie au stockage et au transport de l'hydrogène de manière compacte en tant que source d'énergie propre et renouvelable, pour les voitures roulant à l’hydrogène par ex. Ainsi que de futurs matériaux ayant potentiellement une supraconductivité à haute température et une stabilité approchant des conditions ambiantes.

1. Les matériaux cristallins sont comme des arrangements ordonnés de petites particules (les ions, molécules, atomes), organisées de manière régulière et semblable à un motif en trois dimensions. Imaginez-les comme des blocs de construction parfaitement alignés, formant une structure solide et bien définie, tout comme les cristaux que l'on trouve dans la nature. Ces matériaux offrent souvent des propriétés uniques, ce qui les rend précieux dans de nombreuses applications, de l'électronique à la médecine en passant par l'industrie.