En laboratoire, Stanford produit hydrogène et graphite 10 fois plus efficacement

À 1 000 °C, un réacteur de pyrolyse du méthane doit relever le défi d'acheminer la chaleur jusqu'à son centre. Les chercheurs de Stanford Engineering Henry Moise, Sebastian Moll et Matteo Cargnello ont mis au point une méthode de chauffage interne qui, dans leur étude publiée par Science, produit de l'hydrogène et du graphite solide avec un gain d'efficacité d'environ 10 fois par rapport au chauffage externe classique.

L'hydrogène est essentiel à d'importantes activités industrielles et agricoles, mais la plupart de l'hydrogène produit aujourd'hui provient de procédés qui rejettent de grandes quantités de CO2. La pyrolyse du méthane suit une autre voie : elle décompose le méthane en hydrogène gazeux et en carbone solide, plutôt qu'en CO2 gazeux comme les procédés de production classiques. Le procédé est étudié depuis des années, mais l'élimination du carbone et l'apport d'une chaleur suffisante l'ont empêché de sortir du laboratoire.

L'équipe de Stanford a résolu le problème de la chaleur en plaçant le brûleur à l'intérieur du réacteur. Plutôt que de brûler du gaz naturel, le brûleur consume une partie de l'hydrogène produit par la réaction, générant la chaleur élevée nécessaire au fonctionnement du procédé tout en émettant principalement de la vapeur d'eau. Henry Moise explique que le résultat est un gain d'efficacité d'environ 10 fois : avec la même quantité d'énergie, un réacteur peut produire la même quantité de matière que 10 autres réacteurs chauffés de manière classique depuis l'extérieur.

Les chercheurs ont également découvert que le carbone solide était du graphite de haute qualité, un matériau utilisé dans les batteries, les électrodes et d'autres technologies. Cela pourrait offrir aux États-Unis une voie vers la production nationale d'un matériau qu'ils importent actuellement. La limite est claire : le graphite n'est pas encore assez pur pour les applications exigeantes des batteries, et les chercheurs indiquent que des travaux supplémentaires sont nécessaires.

L'hydrogène est utilisé dans la production d'engrais, le raffinage et la production de méthanol ; le procédé doit encore être mis à l'échelle et validé pour une production courante d'hydrogène. Pour l'instant, ces travaux constituent un résultat de laboratoire, et non une installation d'approvisionnement courante. La mise à l'échelle des réacteurs et la vérification de leur utilisation pour une production courante d'hydrogène sont les prochaines étapes, sans calendrier de déploiement annoncé.