Cycle ZnO/Zn
Le cycle ZnO/Zn, parfois également écrit cycle Zn/ZnO, est un procédé thermochimique de production d'hydrogène par craquage de l'eau faisant intervenir l'oxyde de zinc ZnO et le zinc élémentaire Zn qui sépare l'oxygène et l'hydrogène de l'eau de manière séquentielle à travers deux systèmes rédox[1] :
La première des deux réactions est une thermolyse endothermique à une température de 1 800 à 1 900 °C dans une tour solaire ou un héliostat concentrant la lumière du soleil ; la seconde réaction est une hydrolyse exothermique à une température d'environ 450 °C dans un réacteur à catalyse hétérogène.
L'intérêt de ce type de procédé de craquage de l'eau en deux étapes, qui était à l'étape expérimentale début 2021[2],[3], est de produire l'hydrogène et l'oxygène de manière indépendante, ce qui dispense de devoir les séparer dans un dispositif commun et limite les risques d'explosion.
Ce procédé a été mis en œuvre par l'expérience Solzinc de l'Institut Paul Scherrer, en Argovie (Suisse), qui relève du domaine des EPF. Afin d'abaisser la température de thermolyse de l'oxyde de zinc, jusqu'à 15 % molaires de carbone peut être ajouté à ce dernier, ce qui permet d'abaisser la température d'opération aux environs de 1 200 °C[4] mais en libérant du monoxyde de carbone :
L'efficacité du procédé était de 30 % dans l'installation pilote de l'Institut Weizmann à Rehovot, en Israël, taux pouvant théoriquement être porté à 60 % en optimisant les réactions[5]. L'hydrogène produit est utilisé pour produire de l'énergie par combustion, tandis que le zinc peut être employé dans des piles à combustible zinc-oxygène pour produire de l'électricité. Quelques essais utilisant ces concepts à grande échelle ont été réalisés[6].
Notes et références
modifier- (en) Rahul R. Bhosale, « Solar hydrogen production via ZnO/Zn based thermochemical water splitting cycle: Effect of partial reduction of ZnO », International Journal of Hydrogen Energy, vol. 46, no 2, , p. 4739-4748 (DOI 10.1016/j.ijhydene.2020.02.135, lire en ligne)
- (en) Yanpeng Mao, Yibo Gao, Wei Dong, Han Wu, Zhanlong Song, Xiqiang Zhao, Jing Sun et Wenlong Wang, « Hydrogen production via a two-step water splitting thermochemical cycle based on metal oxide – A review », Applied Energy, vol. 267, , article no 114860 (DOI 10.1016/j.apenergy.2020.114860, lire en ligne)
- (en) Stéphane Abanades, « Metal Oxides Applied to Thermochemical Water-Splitting for Hydrogen Production Using Concentrated Solar Energy », ChemEngineering, vol. 3, no 3, , article no 63 (DOI 10.3390/chemengineering3030063, lire en ligne)
- (de) Ulrich Frommherz, Stefan Krä upl, Robert Palumbo, Aldo Steinfeld et Christian Wieckert, « Zink speichert Sonnenenergie — SOLZINC: PSI-Technologie für ein EU-Pilotprojekt »(Archive.org • Wikiwix • Archive.is • Google • Que faire ?) [PDF], sur ethz.ch, EPFZ, (consulté le ).
- (en) Furqan Ahmad Khan et Kamran Siddiqui, « 3D numerical investigation of ZnO/Zn hydrolysis for hydrogen production », International Journal of Energy Research, vol. 38, no 3, , p. 391-403 (DOI 10.1002/er.3054, lire en ligne)
- (en) Michael Epstein, Gabriel Olalde, Sven Santén, Aldo Steinfeld et Christian Wieckert, « Towards the Industrial Solar Carbothermal Production of Zinc », Journal of Solar Energy Engineering, vol. 130, no 1, , article no 014505 (DOI 10.1115/1.2807214, lire en ligne)
