Un solide libère hydrogène et méthane à 80–110 °C en laboratoire

Chauffez le nouveau solide entre 80 °C et 110 °C, en le tenant à l’abri de l’oxygène, et il commence à céder ses gaz : d’abord le méthane, puis l’hydrogène. Ce solide est un composé cristallin de magnésium et de zinc, mis au point par une équipe indienne. Publié dans Science Advances, ce résultat constitue une démonstration en laboratoire : un seul matériau peut contenir et libérer deux composants de carburant.

L’hydrogène est attractif car il ne produit que de la vapeur d’eau et de la chaleur lorsqu’il est utilisé dans une pile à combustible ou brûlé avec de l’oxygène. Mais les piles à hydrogène sont coûteuses, et l’usage concret de l’hydrogène fait toujours l’objet d’études et de développements. Les mélanges hydrogène-méthane ont été proposés comme carburant de transition entre les carburants d’hydrocarbures et l’hydrogène. Ces deux gaz mélangés offrent un meilleur rendement de combustion et des émissions plus faibles que les carburants d’hydrocarbures, et l’ajout de méthane réduit le risque de retour de flamme et de détonation, ce qui rend ce mélange plus sûr que l’hydrogène pur. Le point bloquant a été le stockage : les recherches antérieures sur le stockage solide traitaient les deux gaz séparément, et certains composés libérant du méthane se décomposent pendant leur préparation, ce qui les rend difficiles à isoler et à étudier.

L’idée de l’équipe était d’intégrer à une structure riche en hydrures des groupes à base de carbone, appelés ligands alkyle, afin qu’une seule plateforme moléculaire libère les deux gaz. Le composé ne contient aucun groupe stabilisant volumineux, qui ajoutait du poids dans d’autres hydrures moléculaires. Lors du chauffage en l’absence d’oxygène, le méthane était le seul hydrocarbure détecté, et le dégagement s’est fait par étapes plutôt que d’un seul coup. En solution, chauffée à 100 °C, seul de l’hydrogène s’est dégagé. Le solide restant, constitué de magnésium et de zinc, est ce qui subsiste une fois les gaz partis.

Les auteurs précisent qu’il s’agit d’une preuve de concept, et non d’un système de stockage de carburant. Le rechargement du matériau en gaz et la vérification de sa capacité à répéter le cycle de dégagement n’ont pas encore été testés. Leur prochain objectif est de déterminer comment la structure moléculaire contrôle le gaz qui se dégage et le moment où il le fait. Ils écrivent qu’étendre ce concept à des précurseurs moléculaires capables d’absorber et de restituer des gaz de façon réversible, en utilisant des éléments plus légers des blocs s et p du tableau périodique, « constituerait une étape importante vers des approches chimiques du stockage de carburant ».

Si le rechargement et les cycles répétés fonctionnent, cette approche pourrait offrir aux ingénieurs un moyen solide et à basse température de transporter ensemble hydrogène et méthane, pour un mélange de transition plus propre que les seuls carburants d’hydrocarbures. Pour l’instant, ceux qui en profiteraient sont les chercheurs, et non les automobilistes ni les fournisseurs d’énergie : ces travaux n’ont pas quitté le laboratoire, et aucun calendrier n’a été donné pour un matériau utilisable en pratique.