b-/ Comment le produire?

L’hydrogène est un vecteur énergétique: il doit donc être fabriqué avant d’être stocké et utilisé.

L’utilisation de l’hydrogène alimentant les piles à combustible nécessite une production conséquente Dans le contexte d’un développement durable, l’hydrogène peut être produit :

 

 a - / Par électrolyse de l'eau :

Environ 4% de l’hydrogène gazeux produit dans le monde est produit par électrolyse de l’eau.

L’électrolyse de l’eau est un procédé électrolytique qui décompose l’eau (H2O) en molécules d’oxygène (O) et d’hydrogène gazeux (H) avec l’aide d’un courant électrique, pour lequel une source de tension de 6 volts est généralement utilisée.

 La cellule électrolytique est constituée de deux électrodes immergées dans un électrolyte et connectées aux pôles opposés de la source de courant continu. Le courant électrique dissocie la molécule d’eau (H2O) en ions hydroxydes (HO-) aqueux et en ions hydrogène (H+).

Par exemple : H2O(l) = 2H+(aq) + HO-(aq)

Dans la cellule électrolytique, les ions hydrogènes captent des électrons à la cathode dans une réaction d’oxydation en formant du dihydrogène gazeux (H2) selon la réaction de réduction suivante :

Par exemple : 2H+(aq) + 2e- = H2(g)

En même temps que cette réaction, à l’anode, l’ion hydroxyde subit une réaction d’oxydation :

Par exemple : 2HO-(aq) = O2(g) + 2H+(aq) + 4e-

 

 Le bilan de l'quation donne donc :

 

H2O(l) = 2H+(aq) + HO-(aq)                      *2

2H+(aq) + 2e- = H2(g)                              *4

2HO-(aq) = O2(g) + 2H+(aq) + 4e-                 *1

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2H2O(l) → 2H2(g) + O2(g)

 

 La quantité de matière (n) de dihydrogène produite est donc deux fois celle du dioxygène.

On a n=V/Vm et Vm (volume molaire) constant pour des conditions normales de température et de pression. La quantité de matière (n) et le volume (V) sont donc proportionnels.

Par conséquent, le volume (V) de dihydrogène produit est deux fois le volume de dioxygène.

 

 

 

                                                   

 

 

 

 

                                                                      

b - / Par voie chimique (NaBH4) :

A partir du borohydrure de sodium (NaBH4) et grâce à deux catalyseurs, le Platine (Pt) et le Ruthénium (Rt), nous allons produire un dégagement d’hydrogène que nous pourrons alors utiliser afin de faire fonctionner la pile à combustible. Le borohydrure de sodium (NaBH4) possède de nombreux avantages. En effet, le borohydrure de sodium est non toxique, non inflammable, il peut être utilisé en solution aqueuse, à température ambiante, à basse pression et il n’émet pas de monoxyde de carbone (CO) ou autres impuretés. Il permet donc une production propre (sans pollution) d’hydrogène et par suite une contribution à l’amélioration de l’environnement.


                                                 

 

                                                     NaBH4 + 2H2O (l)  4H2 (g) + NaBO

 

Le borohydrure de sodium (NaBH4) produit directement l’hydrogène nécessaire à la pile à combustible, ainsi le stockage de l’hydrogène est inutile.Cependant, il existe certains inconvénients à utiliser du borohydrure de sodium (NaBH4), ainsi, cette espèce chimique est chère et il est nécessaire de recycler le NaBO2 produit lors de la réaction.

 

 

 

 

 

c - / Par vaperformage d'hydrocarbures ( craquage du méthane ) :

C’est le procédé les plus utilisé aujourd’hui afin de produire de l’hydrogène. Son principe est basé sur la dissociation des molécules carbonées telles que le méthane. Le méthane (CH4), qui est un produit de la biomasse (la biomasse est l'ensemble des énergies dégagées de la décomposition de matière organique), est une source d'hydrogène de plus en plus importante.

 

 

 

Première réaction :
CH4 (g) + H2O (l)→ CO (g) + 3H2 (g)

Deuxième réaction : CO (g) + H2O (l)→ CO2 (g) + H2 (g)

                                           CH4 (g) + 2H2O (l) → CO2 (g) + 4H2 (g)

 

Cependant, cette façon de produire de l’hydrogène possède un gros inconvénient car elle produit du dioxyde de carbone qui est un gaz à effet de serre. Or c’est la présence de ce gaz là que l’on cherche à diminuer. Ainsi, cette production d’hydrogène n’est pas propre et ne contribue donc pas à l’amélioration de l’environnement.

d -/ A partir de bio-ressources (transformation du bio-éthanol) :

On peut, à partir d'éthanol issu de la fermentation des déchets verts, produire de l'hydrogène. On utilise la transformation du bioéthanol. L'obtention de l'éthanol se fait en plusieurs étapes :

C2H5OH(l) + 3H2O(l) → 2CO2(g) + 6H2(g)


La quantité de dioxyde de carbone (CO2) produite correspond à celle consommée lors de la croissance végétale. Cette façcon de produire l'hydrogène n'est pas non plus une production "propre" dans la mesure ou il se dégage, durant la réaction, du monoxyde de carbone (CO) qui est un gaz très toxique et du dioxyde de carbone (CO2) qui est un gaz à effet de serre responsable de la pollution de l'environnement. Ainsi la production d'hydrogène à partir de bio ressources telles que l'éthanol ( il en est de même avec le méthanol) ne contribue pas à l'amélioration de l'environnement.

La production d'hydrogène par electrolyse de l'eau apparaît donc comme la plus pertinente pour l'amélioration de notre environnement.

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