L'Australie découvre un « carburant infini » en mélangeant du gallium avec de l'eau de mer

L’Australie veut jouer fort dans la course à l’hydrogène vert. Une équipe de l'université de Sydney vient de démontrer en laboratoire qu'il est possible de produire de l'hydrogène propre directement à partir de l'eau de mer en utilisant un métal liquide, le gallium, et uniquement de la lumière, sans avoir besoin d'eau purifiée ni de forte consommation électrique. Les travaux ont été publiés dans la revue scientifique Nature Communications et suggèrent une voie alternative à l'électrolyse conventionnelle.

À l’heure où tout le monde ou presque parle du « carburant du futur », la question saute aux yeux. Qu’y a-t-il de si spécial dans cette expérience pour que tant de chercheurs haussent les sourcils ?

Le problème sous-jacent : beaucoup d’hydrogène « propre » mais peu d’eau propre

L'hydrogène est déjà utilisé dans les raffineries, les engrais ou l'industrie lourde, mais plus de 95 % est encore produit à partir de gaz fossile, avec d'importantes émissions de CO₂ associées. L’hydrogène dit vert est obtenu en divisant des molécules d’eau avec de l’électricité provenant de sources renouvelables, mais cette option a deux conséquences importantes : elle nécessite de l’eau hautement purifiée et de grandes quantités d’énergie électrique.

En pratique, cela signifie concurrencer la consommation humaine et agricole dans des zones où l’eau douce est déjà rare et rendre encore plus cher un produit qui reste cher aujourd’hui. Pour que l’hydrogène vert soit une véritable alternative, de nombreux experts insistent pour rendre le processus moins cher et cesser de dépendre autant de l’eau douce. C'est là qu'intervient la nouvelle méthode australienne.

Comment fonctionne le gallium liquide sous la lumière

Le cœur du système est le gallium, un métal à très bas point de fusion (environ 29,8°C) qui devient liquide juste au-dessus de la température ambiante. Dans l'expérience, les chercheurs dispersent de petites gouttelettes de gallium liquide dans de l'eau, douce ou marine, et les exposent au soleil ou à une lumière artificielle qui imite le soleil.

Lorsque la lumière frappe ces gouttelettes, elle les chauffe et brise la fine couche d’oxyde qui recouvre le métal. Cela permet à l'eau d'entrer en contact direct avec la surface du gallium. A cette interface se produit une réaction chimique qui transforme le gallium en oxyhydroxyde de gallium (GaOOH) et libère des bulles d'hydrogène. Le procédé reste en dessous du point d'ébullition de l'eau, ne génère pas en même temps d'oxygène et évite ainsi les mélanges explosifs au sein du réacteur.

Selon l’auteur principal Luis GB Campos, « nous disposons désormais d’un moyen d’extraire de l’hydrogène durable en utilisant l’eau de mer, facilement accessible, et en s’appuyant uniquement sur la lumière pour produire de l’hydrogène vert ».

L’équipe a testé le système avec de l’eau déminéralisée et de l’eau de mer collectée près de la côte. Dans ce dernier cas, la réaction a atteint environ 98 % de l’hydrogène théoriquement possible en trois heures environ, sans qu’il soit nécessaire de dessaler au préalable et sans que les sels marins bloquent définitivement la réaction.

Un cycle « circulaire » et une efficacité déjà compétitive

Le gallium n’est pas perdu pour toujours au cours du processus. Après la réaction, il ne reste que l'oxyhydroxyde de gallium, qui peut être réduit en gallium métallique par une étape électrochimique dans l'eau, avec un équipement similaire à celui de l'électrolyse conventionnelle mais dans des conditions relativement douces.

Selon François-Marie Allioux, codirecteur du projet, cette technologie pourrait renforcer la position de l'Australie dans la future économie mondiale de l'hydrogène. L'équipe travaille désormais à augmenter l'efficacité et à concevoir un réacteur de taille intermédiaire pour évaluer ses performances en conditions réelles.

L'équipe, codirigée par François-Marie Allioux et Kourosh Kalantar-Zadeh, calcule que pour chaque kilogramme de gallium, il est possible de générer environ 43 grammes d'hydrogène, avec un contenu énergétique de 1,44 kWh. L’énergie nécessaire pour « recharger » ce kilogramme de gallium est d’environ 2,5 kWh, ce qui se traduit par une efficacité énergétique aller-retour d’environ 57,6 % si la lumière du soleil est considérée comme une ressource gratuite.

En ajoutant la partie photothermique et l'étape de régénération des métaux, le rendement circulaire global du système est d'environ 12,9 %. Pour une première preuve de concept, les chercheurs la jugent « hautement compétitive » et rappellent que les premières cellules solaires au silicium atteignaient à peine 6 % d’efficacité dans les années 1950.

En termes simples, nous ne sommes pas face à une invention parfaite, mais nous sommes face à un point de départ qui entre déjà dans la ligue des technologies qui pourraient un jour sortir du laboratoire.

La clé de l’eau de mer et le rôle de l’Australie

Que le système fonctionne aussi bien avec l’eau de mer qu’avec l’eau douce n’est pas qu’un détail technique. C’est ce qui peut faire la différence dans les pays arides ou les régions côtières où chaque litre d’eau douce compte. En ne nécessitant pas de membranes ou d'électrolyseurs complexes, le procédé évite certains des problèmes courants dans les installations d'électrolyse d'eau salée, tels que la corrosion ou la formation de chlore.

Pour un pays comme l’Australie, avec des projets ambitieux d’exportation d’hydrogène vert et de grands ports industriels à proximité de la côte, une technologie capable de travailler directement avec l’eau de mer et la lumière pourrait s’intégrer dans les futures « vallées de l’hydrogène ». Bien sûr, à condition qu’il soit démontré qu’il peut être étendu, rendu moins cher et fonctionner de manière stable pendant des années.

Et maintenant, qu'est-ce qui manque ? Échelle, coûts et matières premières

Aujourd'hui, tout a été testé dans des réacteurs de laboratoire, avec quelques grammes de gallium et des conditions d'éclairage contrôlées, avec parfois une lumière concentrée plus intense que celle du soleil de midi. Reste à voir comment cette chimie se comporte dans des équipements plus gros, en extérieur et avec de réelles variations de température et de rayonnement solaire.

Il y a aussi la question du gallium lui-même. Bien qu’il soit moins toxique que d’autres métaux comme le mercure et qu’il puisse être recyclé au cours du processus, ce n’est pas un matériau très bon marché ou illimité, son rôle logique serait donc celui d’un « catalyseur circulaire » réutilisé encore et encore, et non comme un consommable massif.

En attendant, le groupe travaille déjà à améliorer l’efficacité et à concevoir un réacteur de taille intermédiaire qui permettra de vérifier si cette promesse de l’hydrogène directement issu de la mer tient en dehors du laboratoire et pourra un jour contribuer à réellement réduire la facture énergétique et les émissions de CO₂.

L'étude complète a été publiée Communications naturelles.

L’article L’Australie découvre un « carburant infini » en mélangeant du gallium avec de l’eau de mer a été publié pour la première fois sur ECOticias.com.