Électrolyse de l’eau assistée par la biomasse - Exemple de l’électroconversion du glucose

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RE195 V1 Recherche et innovation

Électrolyse de l’eau assistée par la biomasse - Exemple de l’électroconversion du glucose

Auteur(s) : Christophe COUTANCEAU, Thibault RAFAÏDEEN, Têko W. NAPPORN

Date de publication : 10 février 2025 | Read in english

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RÉSUMÉ

La biomasse lignocellulosique - déchets de l’agriculture et de l’industrie forestière - est actuellement la source renouvelable de carbone la plus abondante, ce qui en fait un excellent substitut aux ressources fossiles pour produire des composés d’intérêt pour la chimie et l’énergie. L’électrification massive de la société, incluant les procédés industriels, entraîne un engouement croissant pour les méthodes électrochimiques de conversion de la biomasse. Ces dernières permettent de combiner la production de composés à haute valeur ajoutée par oxydation à l’anode avec celle de dihydrogène pur par réduction de l’eau à la cathode d’un électrolyseur. Cet article traite des avantages apportés par cette technologie et des verrous à forcer pour permettre son déploiement dans les bioraffineries.

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AUTEUR(S)

  • Christophe COUTANCEAU : Professeur des universités - Institut de chimie des milieux et matériaux de Poitiers, université de Poitiers, CNRS, Poitiers, France - Fédération Hydrogène FRH2, CNRS, France

  • Thibault RAFAÏDEEN : Chercheur post-doctorant - Institut de chimie des milieux et matériaux de Poitiers, université de Poitiers, CNRS, Poitiers, France

  • Têko W. NAPPORN : Directeur de recherche CNRS - Institut de chimie des milieux et matériaux de Poitiers, université de Poitiers, CNRS, Poitiers, France - Fédération Hydrogène FRH2, CNRS, France

 INTRODUCTION

L’électrolyse de l’eau consiste à casser la molécule d’eau en hydrogène et oxygène (H2OH2+12O2) sous l’effet d’une tension électrique. Cependant, la molécule d’eau est thermodynamiquement très stable et l’énergie nécessaire à sa décomposition est très élevée, ce qui se traduit par une tension de cellule d’électrolyse elle-même très élevée. Or, le coût de production de l’hydrogène est directement lié à l’énergie électrique consommée, et donc à la tension de cellule.

Les données thermodynamiques montrent que l’électrooxydation de molécules organiques oxygénées se produit généralement à des potentiels très inférieurs à ceux nécessaires à l’oxydation de l’eau, et leur utilisation au sein d’une cellule d’électrolyse pourrait donc conduire à diminuer d’un facteur deux au moins l’énergie nécessaire à la production d’hydrogène.

Parmi les molécules organiques oxygénées, les composés issus des déchets lignocellulosiques de la biomasse (glucose, fructose, composés furaniques, etc.) sont renouvelables et n’entrent pas en compétition avec l’alimentation humaine ou animale. L’électrooxydation contrôlée du glucose, par exemple, en (di)acides carboxyliques au sein d’une cellule d’électrolyse permet d’obtenir des synthons industriellement très importants pour le développement de monomères et tensioactifs biosourcés pour des applications dans les industries des bioplastiques et des bionylons, des cosmétiques, des détergents, de la cimenterie, etc. L’hydrogène produit à la cathode peut être valorisé sur site dans une bioraffinerie en l’utilisant pour mener les réactions d’hydrodésoxygénation de la lignine et produire des biocarburants, ou des réactions d’amination réductrice pour produire des tensioactifs biosourcés, ou peut être stocké et utilisé ultérieurement pour produire de l’énergie au sein d’une pile à combustible.

Cependant, pour atteindre les taux de conversion et la sélectivité nécessaires au déploiement de cette technologie dans une bioraffinerie, il est nécessaire de développer les matériaux catalytiques adaptés.

Points clés

Domaine  : Électrocatalyse

Degré de diffusion de la technologie  : Émergence

...

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