Souvent présenté comme le carburant du futur, l’hydrogène vert est un gaz produit à partir d’énergies renouvelables. Mais pour être exploitable par des piles à combustible, l’hydrogène doit avoir un degré de pureté élevé, ce qui nécessite de passer par des étapes de purification. Une équipe de chercheurs japonais a développé un nouveau type de membrane hydrophobe permettant une purification efficace de l’hydrogène.
Sur le papier, la séparation par membrane est une solution économique qui permet d’atteindre le degré de pureté 3N (>99,9 %) nécessaire au fonctionnement des piles à combustible. Cette technique hautement sélective, dont la mise en œuvre est apparemment simple, a également un coût énergétique faible. Néanmoins, les techniques de séparation membranaire actuelles sont confrontées à plusieurs challenges comme une perméabilité trop faible à l’hydrogène ou des problèmes de gonflement dû à l’eau, dans le cas des membranes polymères.
Une membrane hybride
La séparation par membrane est un procédé physique qui consiste à faire diffuser l’hydrogène au travers d’une membrane qui peut être en polymère, en métal, en céramique, ou même sous forme liquide.
La solution proposée par l’équipe de chercheurs du Nagoya Institute of Technology est une membrane hybride organique – inorganique constituée d’un film polymère polycarbosilane (PCS), lequel est déposé sur une couche d’oxyde d’aluminium (Al2O3) poreuse.
Dans un communiqué de presse, le professeur Yuji Iwamoto explique : « En utilisant un PCS de haute masse moléculaire avec un point de fusion supérieur à 200°C, nous avons montré qu’une membrane PCS superhydrophobe peut être déposée sur un support multicouche α-Al2O3 mesoporeuse/ γ-Al2O3 macroporeuse tubulaire. »
L’efficacité de ce nouveau système membranaire a ensuite été testée par séparation photoélectrochimique (PEC), avec les résultats suivants :
- un caractère superhydrophobe pour la membrane PCS ;
- une forte sélectivité H2/He et H2/N2 sur la plage 25°C-200°C ;
- une excellente sélectivité H2/N2 en conditions d’humidité saturée, à 50°C ;
- une prépondérance du mécanisme de diffusion sous forme de phase adsorbée dans la phase solide.
Les performances de cette membrane sont détaillées dans une étude récente, disponible dans le journal Separation and Purification Technology.
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