La technologie peut capturer efficacement 99 % du dioxyde de carbone de l’air à l’aide d’un nouveau système électrochimique alimenté à l’hydrogène, en convertissant l’énergie chimique du carburant directement en électricité.
Les piles à combustible peuvent être utilisées dans les transports pour les véhicules hybrides ou à zéro émission, en contrôlant la pile à combustible court-circuitée par l’hydrogène.
Les ingénieurs de l’Université du Delaware cherchaient à améliorer les piles à combustible à membrane échangeuse d’hydroxyde (HEM), dans une alternative économique et écologique aux piles à combustible traditionnelles à base d’acide qui sont actuellement utilisées sur le marché aujourd’hui.
Répondre aux normes actuelles
Publié dans la revue Nature Energy, les scientifiques ont souligné les lacunes rencontrées avec les anciennes piles à combustible – telles que les piles à combustible HEM – sur lesquelles ils ont décidé de s’appuyer dans leur nouvelle technologie.
Comme les piles à combustible HEM sont extrêmement sensibles au dioxyde de carbone dans l’air, le dioxyde de carbone rend difficile la respiration d’une pile à combustible HEM. Les scientifiques ont noté que ce défaut réduisait rapidement les performances et l’efficacité de la pile à combustible jusqu’à 20 %, établissant que la pile à combustible n’était en fait pas meilleure qu’un moteur à essence.
Une auto-purge intégrée
Cependant, reconnaissant ce défaut comme une solution, les chercheurs ont entrepris d’établir une technologie pour stimuler l’élimination du dioxyde de carbone.
Bien que ce ne soit pas nécessairement bon pour la pile à combustible, les chercheurs disposaient de ce processus «d’auto-purge» intégré dans un dispositif séparé en amont de la pile à combustible, de sorte qu’ils ont pu le transformer plus tard en un séparateur de dioxyde de carbone.
Yan, titulaire de la chaire Henry Belin du Pont de génie chimique et biomoléculaire, a déclaré : « Il s’avère que notre approche est très efficace. Nous pouvons capturer 99 % du dioxyde de carbone de l’air en un seul passage si nous avons la bonne conception et la bonne configuration. »
Brian Setzler, professeur adjoint pour la recherche en ingénierie chimique et biomoléculaire et co-auteur de l’article, a ajouté : « Une fois que nous avons creusé le mécanisme, nous avons réalisé que les piles à combustible capturaient à peu près chaque bit de dioxyde de carbone qui entrait en elles, et elles étaient vraiment bon pour le séparer de l’autre côté. »
Filtrer plus de dioxyde de carbone qu’auparavant
Leur processus a commencé par l’intégration de la source d’alimentation pour la technologie électrochimique à l’intérieur de la membrane de séparation, impliquant un court-circuit interne de l’appareil.
Avec leur appareil électrochimique, qui ressemblait à une membrane de filtration normale conçue pour séparer les gaz, ils ont réalisé qu’il avait la capacité de capter constamment d’infimes quantités de dioxyde de carbone dans l’air comme un système électrochimique plus compliqué.
Ainsi, ils ont intégré les fils de l’appareil à l’intérieur de la membrane pour créer un raccourci, simplifiant le processus pour que les particules de dioxyde de carbone se déplacent d’un côté à l’autre.
L’équipe a ensuite construit un module compact en spirale avec une grande surface dans un petit volume – constituant essentiellement un boîtier plus petit capable de filtrer de plus grandes quantités d’air à la fois, ce qui le rend à la fois efficace et rentable pour les applications de piles à combustible.
De plus, moins de composants nécessitent moins de coûts de fabrication et de fonctionnement, et ils offrent également un moyen d’évoluer facilement pour le marché.
D’après leurs recherches, ils ont découvert qu’une cellule électrochimique mesurant 2 pouces sur 2 pouces pouvait toujours éliminer environ 99% du dioxyde de carbone présent dans l’air circulant à un débit d’environ deux litres par minute.
Prêt à être développé pour d’autres modes de transport
Un premier prototype d’appareil en spirale de la taille d’un soda peut déjà filtrer 10 litres d’air par minute et éliminer 98% du dioxyde de carbone. L’appareil pourrait être utilisé pour éliminer le dioxyde de carbone de nombreux endroits.
Enfin, le dispositif pourrait permettre des dispositifs d’élimination du dioxyde de carbone plus légers et plus efficaces dans les engins spatiaux ou les sous-marins, où ils reposent sur une filtration continue.
Lin Shi, doctorant du groupe Yan et auteur principal de l’article, a déclaré : « C’est risqué, mais nous avons réussi à contrôler cette pile à combustible en court-circuit par l’hydrogène. Et en utilisant cette membrane interne électriquement court-circuitée, nous avons pu nous débarrasser des composants encombrants, tels que les plaques bipolaires, les collecteurs de courant ou tout fil électrique que l’on trouve généralement dans une pile à combustible. »
Brian Setzler a finalisé : « Nous avons quelques idées pour une feuille de route à long terme qui peuvent vraiment nous aider à y arriver. »
Les chercheurs ont souligné que le système électrochimique est alimenté par de l’hydrogène. Avec le développement et la diffusion de l’économie de l’hydrogène, ce dispositif électrochimique pourrait également être utilisé dans les avions et les bâtiments où la recirculation de l’air est davantage nécessaire comme mesure d’économie d’énergie.
