Hydrogène en fleurs de carbone
2007/10/01 Etxebeste Aduriz, Egoitz - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria
L'hydrogène peut être un bon substitut aux combustibles fossiles, selon de nombreux experts. D'une part, il est une source d'énergie renouvelable et d'autre part, il n'émet pas de gaz à effet de serre. Au contraire, la vapeur d'eau est le seul gaz émis lors de l'utilisation de l'hydrogène comme source d'énergie. Ainsi, étant donné que les deux principaux problèmes des combustibles fossiles sont leur épuisement et la pollution qu'ils provoquent, l'hydrogène semble être une bonne option pour eux.
Bien que l'hydrogène ait moins de densité énergétique que les dérivés du pétrole, cette densité est suffisante pour, par exemple, faire circuler plusieurs véhicules de transport de passagers. Ce n'est pas une nouvelle question, le premier prototype de véhicule propulsé par l'hydrogène (GM Electrovan) a été développé en 1966 par la firme américaine General Motors. Et aujourd'hui, de nombreux ménages automobiles développent des véhicules qui se déplacent grâce aux cellules de carburant alimentées par l'hydrogène.
Cependant, il existe encore des obstacles à l'utilisation de l'hydrogène comme source d'énergie. Et l'un des principaux est de trouver un moyen efficace, bon marché et sûr de collecte d'hydrogène. Pour être efficace comme source d'énergie, il est nécessaire de stocker l'hydrogène dans une densité relativement élevée. Ainsi, il peut être stocké comme un gaz comprimé ou liquéfié, mais dans de nombreux cas son utilisation est limitée par le coût de la construction de conteneurs sûrs pour la collecte de gaz comprimé ou la manipulation du liquide cryogénique --hydrogène liquéfié -.
Une autre option est l'adsorption. Autrement dit, au lieu de recueillir l'hydrogène dans l'état gazeux ou liquide mentionné, il est stocké collé dans un adsorbent. Ces dernières années, de nombreux chercheurs travaillent à trouver des adsorbants appropriés. Chez ces adsorbants, l'hydrogène devrait adhérer à une densité relativement élevée, mais sans réagir chimiquement à l'adsorbant.
Certains métaux peuvent remplir cette fonction, mais ils sont très chers. Au contraire, les matériaux poreux, en plus d'être moins cher, sont plus efficaces, car il peut récupérer tout l'hydrogène adsorbé et une fois recueilli et détaché l'hydrogène, il n'est pas nécessaire de le régénérer ou de le réactiver.
Parmi les matériaux poreux, les chercheurs cherchaient des nanostructures de carbone pour leur petite masse et leur capacité d'adsorption élevée. Cependant, de nombreuses études ont montré que dans le cas des nanotubes de carbone l'interaction entre l'hydrogène et le carbone est très faible, et que si des matériaux poreux à base de carbone sont utilisés pour capter l'hydrogène, cette interaction doit être plus intense.
Or, selon une étude menée par un groupe international de chercheurs, il est possible que l'interaction carbone-hydrogène dans une autre nanostructure de carbone soit suffisamment puissante pour être utilisée comme adsorbante. L'étude, coordonnée par Javier Bermejo, membre du CSIC (Conseil supérieur de recherches scientifiques) et professeur de recherche rattaché à l'UPV, a montré que les nanoramas de carbone sont efficaces dans la collecte de l'hydrogène. L'étude a été publiée dans l'une des revues les plus importantes dans le domaine de la physique: Physical Review Letters.
Dalias carbone
Les nanoramas de carbone ont été observés pour la première fois en 1999. Ce sont des structures similaires aux nanotubes, mais elles sont fermées à une extrémité et acquièrent une forme conique semblable à une branche. Les nanoramas sont monochrome, c.-à-d., ont le mur de l'épaisseur d'un atome de carbone. Chaque branche est de 2-3 nm, mais se regroupent en groupes formant des agrégats en forme de dahlias de 80 à 100 nm de diamètre, formés par des centaines de branches. Ces fleurs sont caractérisées par leur grande capacité d'adsorption. En fait, ils ont une énorme surface spécifique, 400 m 2 en un seul gramme. De cette façon, ils peuvent stocker une grande quantité d'hydrogène dans un petit endroit.
En outre, par rapport aux nanotubes, la fabrication de nanoramas est relativement simple. La vaporisation laser du carbone à température ambiante permet d'obtenir des fleurs de nanoramas de haute pureté, avec un rendement de 90%.
Plus précisément, l'étude analyse la mobilité du gaz adsorbé à différentes températures et les détails de l'interaction entre l'hydrogène et les nanoramas.
Le résultat le plus remarquable a été que l'hydrogène adhère aux nanoramas avec une solidité différente des autres nanostructures, et que, cependant, quand il est utilisé, il peut être libéré dans des conditions contrôlées. Ainsi, les chercheurs pensent que les nanoramas de carbone peuvent être un matériau de grand avenir comme moyen léger de stockage d'hydrogène.
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