Les différents moyens de production de dihydrogène

Production de dihydrogène par électrolyse

La production de dihydrogène par électrolyse 1) est la solution la plus simple pour créer du dihydrogène. Cette technique est prometteuse, en effet, son rendement peut avoisiner les 100%. Ce moyen de production est d'ailleurs “propre” car il ne libère pas directement du CO2 (tant que la source d'électricité vient d'une source propre: éoliennes, panneaux solaires ou encore centrales nucléaires, etc…). Quand nous faisons une électrolyse d'eau salée, nous avons dans notre bac à électrolyse:

  • De l'eau (H2O)
  • Des ions Na+ et Cl-
  • Des électrodes (en graphite ou en métal).

Lorsque le générateur force le mouvement des électrons à travers les deux électrodes, plusieurs phénomènes se réalisent:

À l'anode (pôle +) de notre électrolyseur, une réaction d'oxydation se réalise:

  • 2 Cl-Cl2 (g) + 2e-

Les deux électrons provenant de Cl- vont subir un mouvement forcé par le générateur et vont passer par celui-ci pour arriver à la cathode.

À la cathode (pôle -) de notre électrolyseur, une réaction de réduction se réalise:

  • 2 H2O + 2e-(provenant de l'anode/des 2 Cl-) → 4H+ + O2 + 6e-
  • 2 H+ + 2e-H2 (g)
  • 2 H+ + 02 + 4e- → 2 HO-

Nous avons donc, en général: 2 Na+ +2 Cl- + 2 H2O → Cl2 + H2 + 2 Na+ +2 OH-
et donc: 2 NaCl + 2 H2O → Cl2 + H2 + 2 NaOH

On peut aussi dire que, tant qu'il y a du sel dans la solution ainsi que de l'eau, à chaque fois que deux électrons se déplacent de l'anode à la cathode, une molécule de dichlore et une molécule de dihydrogène sont créés. Comme nous venons de le voir, seule l'intensité rentre en compte dans les équations de production du dihydrogène (et du dichlore bien entendu). On peut donc dire que: QuantitéDeDihydrogène α Courant
Sachant que Q (quantité d'électricité) = I * T avec Q en Coulombs; I en Ampères et t en secondes
et que la constance de Faraday (F) = 96500 C.mol-1,
on peut en déduire que, lors d'une électrolyse, la quantité d'atomes d'hydrogène libérés est égale à: NombreD'atomes = (I * t)/F Notons d'ailleurs que le nombre d'atomes “produits” est égal au nombre d'électrons transmis de l'anode à la cathode.

Comme nous venons de le voir, ici, seul le courant rentre en compte dans l'équation de production de dihydrogène et de dichlore. En effet, avec un courant fixe, que la tension soit de 2V ou qu'elle soit de 12V, rien ne changera dans la production, a part bien sûr le rendement de celle-ci 2): une électrolyse de 1A sous 2V aura une puissance de 2W tandis qu'une électrolyse de 1A sous 12V aura une puissance de 12W. Or, les deux produiront exactement la même quantité de gaz. On doit donc, pour consommer le moins possible, descendre cette tension le plus bas possible.

Notre expérience:
Nous avons fabriqué un électrolyseur fait maison. Il est constitué d'un bocal en verre avec deux électrodes en métal.

Nous avons réussi à faire passer un tension de 12V sous 2A ce qui nous donne une puissance de 24W. D'après les précédents calculs, nous pouvons calculer que cet électrolyseur fournissait 2 * 0.627 L/h de gaz, c'est à dire 1.254L/h de dihydrogène. Notre électrolyseur a donc un rendement de 19,1Wh par litre de gaz produit.
Intérieur de notre électrolyseur: .
Vous pouvez voir une vidéo de notre expérience ici: http://www.dailymotion.com/video/xceigw_dihydrog%C3%A8ne-produit-par-%C3%A9lectrolyse_tech

Nous avons refait cette expérience au lycée. Voici une photo de l'expérience: electro_lycee.jpg
Nous avons caractérisé le dihydrogène à l'approche d'une allumette allumée du tube à essai. Un Plof a été entendu.
La vidéo est visible ici: http://www.dailymotion.com/video/xcf16g_mise-en-%C3%A9vidence-du-dihydrog%C3%A8ne_tech
La phénolphtaléine virant au rose indique un pH basique (formation de ions HO-): phenolphtaleine.jpg

Production de dihydrogène à partir d'hydrocarbures

Aujourd'hui, la technique du vaporeformage est utilsée pour produire la plus grande partie de dihydrogène dans le monde.
Cette méthode de production de dihydrogène par reformage d'hydrocarbures consiste à extraire les atomes d'hydrogène de la molécule de méthane. Pour faire cette réaction, nous avons besoin d'eau, de méthane et d'une enceinte à haute température (avoisinant les 700 à 1100°C). Nous avons donc la réaction suivante:
CH4 + H2O → CO + 3H2

Or, comme vous avez pu le constater, cette réaction libère du monoxyde de carbone, gaz très toxique pour les hommes et les espèces animales. Nous pouvons reconvertir cette molécule de monoxyde de carbone en la faisant réagir avec de la vapeur d'eau. Nous avons donc la réaction suivante:
CO + H2O → CO2 + H2

Nous avons donc, au total, le bilan suivant: CH4 + 2H2O ⇒ CO2 + 4H2
Une mole de méthane pourra nous délivrer 4 mol de dihydrogene ainsi qu'une mole de dioxyde de carbone. Or, cette technique dite de vaporeformage a besoin de méthane pour fonctionner. Comment fera-t-on alors dans quelques dizaines d'années pour créer cet dihydrogène si nous n'avons plus de méthane disponible ? De plus, ce moyen de production libère du dioxyde de carbone, second principal gaz a effet de serre (juste après la vapeur d'eau). Nous devons donc trouver un autre moyen de production de dihydrogène. Bien entendu, les équations présentées ci-dessus sont données à titre indicatif. Nous n'avons pas pu les expérimenter.

Production de dihydrogène par autres moyens

Des microalgues/bactéries peuvent, en milieu anaérobie, c'est à dire en milieu privé d'oxygène, produire de l'hydrogène. Cette technique est en pleine phase de recherche.
Il existe aussi une technique appelée craquage de l'eau qui, à haute température, produit la réaction suivante:
H2O → H2 + ½ O2 3) .

 
i_-_environnement/1_-_la_production_de_dihydrogene.txt · Dernière modification: 2011/12/15 21:02 (édition externe)
 
Ce TPE à été réalisé par Frank Villaro-Dixon, François De Lavernette ainsi que Gabrielle Chevrot pendant l'année 2009-2010. Il est sous license CC BY-NC-SA.


Recent changes RSS feed Powered by PHP Powered by Debian Driven by DokuWiki