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2 - PRÉPARATION DES RÉACTIFS

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4 - APPLICATIONS POTENTIELLES DU PROCÉDÉ

5 - RECYCLAGE DES PRODUITS DE RÉACTION

6 - CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES

7 - GLOSSAIRE

8 - NOTATIONS ET SIGLES

Article de référence | Réf : RE188 v1

Génération d’hydrogène par hydrolyse en présence de magnésium

Auteur(s) : Manuel LEGRÉE, Jean-Louis BOBET, Jocelyn SABATIER, Fabrice MAUVY

Date de publication : 10 mars 2023

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RÉSUMÉ

La réaction d’hydrolyse en présence de métaux est un moyen efficace de produire de l’hydrogène à la demande sans apport d’énergie extérieure ni émission de gaz à effet de serre. De par sa grande abondance et sa forte réactivité avec l’eau, le magnésium est un matériau de choix pour réaliser cette réaction. L'article dresse un tableau des caractéristiques clés de cette méthode de production de dihydrogène vert. Les techniques de préparation de réactifs et les mécanismes de réaction sont décrits. De plus, les méthodes d’analyse associées à la recherche de matériaux efficaces sont abordées. Enfin, des exemples d’application illustrent les opportunités offertes par cette technologie.

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ABSTRACT

Hydrogen generation via hydrolysis with magnesium

Hydrolysis reaction with metals is an efficient way for producing hydrogen on demand without using external energy source and without greenhouse gases emission. Thanks to its abundance and high reactivity with water, magnesium is a very interesting material for this application. The article presents the main characteristics of this green hydrogen production method. The preparation of reactants as well as reaction mechanisms are presented. Analysis methods used for the research of efficient materials are also discussed. Finally, application examples illustrate some of the opportunities offered by this technology.

Auteur(s)

  • Manuel LEGRÉE : Doctorant, Université de Bordeaux - Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux, UMR5026, Bordeaux, France

  • Jean-Louis BOBET : Professeur, Université de Bordeaux - Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux, UMR5026, Bordeaux, France

  • Jocelyn SABATIER : Professeur, Université de Bordeaux - Laboratoire de l’Intégration du Matériau au Système, UMR5218, Bordeaux, France

  • Fabrice MAUVY : Professeur, Université de Bordeaux - Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux, UMR5026, Bordeaux, France

INTRODUCTION

Enjeux géopolitiques, raréfaction des ressources, impacts environnementaux et changement climatique sont des sources de tensions de plus en plus importantes concernant l’approvisionnement en énergie et la gestion de celle-ci. Dans ce contexte, la diversification des procédés de production, de stockage et de distribution de l’énergie est essentielle. La recherche, le développement et l’implémentation de procédés assurant ces fonctions connaissent donc un essor important, en particulier dans la « filière hydrogène ». La molécule de dihydrogène (H2) constitue en effet un vecteur énergétique de grand intérêt puisque son cycle de production et de consommation peut se réaliser sans émission de gaz à effet de serre. Parmi les méthodes de synthèse du dihydrogène, celles issues de la décomposition des molécules d’eau H2O en H2 et O2 sont connues de longue date. L’énergie permettant cette dissociation est apportée par un courant électrique dans le cas de l’électrolyse. Dans le cas de l’hydrolyse, il n’y a pas d’apport énergétique autre que l’énergie chimique contenue dans le matériau utilisé pour la réaction. C’est cette seconde méthode qui fait l’objet de cet article. La réaction d’hydrolyse est réalisée avec des matériaux pouvant s’oxyder facilement (agents réducteurs, tels la plupart des métaux) ou libérer au contact de l’eau de l’hydrogène contenu dans leur structure (hydrures).

Parmi ces différents matériaux, le magnésium présente plusieurs intérêts majeurs : i) il est abondant dans la croûte terrestre, ii) il est peu coûteux, iii) il est très réactif avec l’eau, iv) il peut former l’hydrure MgH2, ce qui permet de doubler la quantité de H2 produite et donc la densité d’énergie et v) il est sans danger pour la santé et l’environnement. Le contrôle de la réaction d’hydrolyse en présence de magnésium permet aussi de produire de l’hydrogène à la demande, sous pression contrôlée et sans apport d’énergie.

Après une mise en contexte du procédé d’hydrolyse avec des matériaux à base de magnésium, une description des types de réactifs utilisés ainsi que le travail lié à l’optimisation de la réaction sont présentés. Dans une seconde partie, les méthodes utiles à la caractérisation des réactifs utilisés pour l’hydrolyse sont abordées. Enfin, un tour d’horizon des applications du procédé sera présenté avant de conclure.

Points clés

Domaine : Technique de production d’hydrogène

Degré de diffusion de la technologie : Maturité

Technologies impliquées : Pile à combustible

Domaines d’application : Production d’énergie délocalisée, mobilité légère

Principaux acteurs français :

Centre de compétence : ICMCB

Industriels : Pragma industrie, FLECS Hynnovation

Autres acteurs dans le monde : CNEA Bariloche, Argentine ; IFAM Dresde, Allemagne

Contact : [email protected] ; [email protected] ; [email protected] ; [email protected] ; https://www.icmcb-bordeaux.cnrs.fr/

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KEYWORDS

magnesium   |   Hydrogen generation   |   Hydrolysis

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-re188


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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - HOLLADAY (J.D.), HU (J.), KING (D.L.), WANG (Y.) -   An overview of hydrogen production technologies.  -  Catal. Today, 139, p. 244-260 (2009).

  • (2) - DAWOOD (F.), ANDA (M.), SHAFIULLAH (G.M.) -   Hydrogen production for energy: An overview.  -  Int. J. Hydrogen Energy, 45, p. 384763869 (2020).

  • (3) - DE LEVIE (R.) -   The electrolysis of water.  -  J. Electroanal. Chem., 476, p. 92-93 (1999).

  • (4) - RASHID (M.M.), AL MESFER (M.K.), NASEEM (H.), DANISH (M.) -   Hydrogen Production by Water Electrolysis: A Review of Alkaline Water Electrolysis, PEM Water Electrolysis and High Temperature Water Electrolysis.  -  Int. J. Eng. Adv. Technol., 4(3), p. 80 (2015).

  • (5) - ZENG (K.), ZHANG (D.) -   Recent progress in alkaline water electrolysis for hydrogen production and applications.  -  Prog. Energy Combust. Sci., 36, p. 307-326 (2010).

  • ...

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