Un groupe de l'Université de Johannesburg fait progresser les technologies de l'hydrogène vert et des batteries avec des partenaires locaux
Un groupe de recherche de l'Université de Johannesburg (UJ) développe une gamme de technologies d'hydrogène vert et de stockage d'énergie, couvrant la conception de catalyseurs, les électrolyseurs san...
Un groupe de recherche de l'Université de Johannesburg (UJ) développe une gamme de technologies d'hydrogène vert et de stockage d'énergie, couvrant la conception de catalyseurs, les électrolyseurs sans membrane, les matériaux de stockage d'hydrogène et les piles à combustible, dans un effort pour bâtir une capacité technique domestique au service des ambitions sud-africaines en matière d'hydrogène, plutôt que de dépendre entièrement de systèmes importés.
Le groupe JENano, rattaché au Département de génie mécanique de l'UJ, est dirigé par le professeur Tien-Chien Jen, titulaire de la chaire sur l'hydrogène vert de la South African Research Chairs Initiative (SARChI), financée par le groupe pétrochimique Sasol et la National Research Foundation. Les travaux du groupe couvrent la production, le stockage et l'utilisation de l'hydrogène, et s'étendent aux matériaux avancés de batteries, partant du principe que batteries et hydrogène joueront des rôles complémentaires dans les systèmes énergétiques futurs.
L'hydrogène vert, produit par électrolyse de l'eau à partir d'électricité renouvelable, est largement considéré comme une voie de décarbonation des secteurs difficiles à abattre tels que l'acier, la chimie et le transport lourd, et les fortes ressources solaires et éoliennes de l'Afrique du Sud l'ont positionnée comme producteur et exportateur potentiel.
L'approche du groupe combine modélisation informatique et travaux de laboratoire, utilisant la simulation à l'échelle atomique pour cribler les matériaux avant leur fabrication et leurs essais, une démarche destinée à raccourcir les délais de développement.
Parmi ses résultats de modélisation figure l'identification de surfaces fer-nickel (FeNi) comme catalyseurs efficaces et moins coûteux pour la production d'hydrogène alcaline, offrant une alternative potentielle aux systèmes à métaux précieux en s'appuyant sur des matériaux abondants et peu onéreux.
Sa capacité expérimentale s'appuie sur ce que le groupe décrit comme le premier laboratoire de dépôt par couche atomique (atomic layer deposition, ALD) d'Afrique du Sud, établi grâce à une subvention du National Nano Equipment Programme d'environ 1 million de dollars, qui permet d'appliquer des revêtements ultra-minces et uniformes avec une précision atomique pour améliorer la performance des catalyseurs et des électrodes.
Le volet le plus significatif sur le plan commercial est un partenariat avec Hydrox Holdings, décrit comme le premier fabricant d'électrolyseurs d'Afrique, sur l'électrolyse sans membrane. Le système breveté Divergent-Electrode-Flow-Through (DEFT) de Hydrox se passe de la membrane polymère utilisée dans les électrolyseurs conventionnels à membrane échangeuse de protons, supprimant l'un des composants les plus coûteux et les plus sujets aux défaillances, en utilisant à la place des électrodes poreuses à base de nickel pour séparer hydrogène et oxygène. La technologie peut produire de l'hydrogène à des puretés comprises entre 99,5 % et 99,9995 % et est conçue pour gérer la puissance fluctuante des intrants renouvelables, des travaux technico-économiques préliminaires suggérant qu'elle pourrait abaisser le coût actualisé de l'hydrogène par rapport aux systèmes à membrane. Dans ce partenariat, l'université apporte l'expertise en modélisation et en matériaux, tandis que Hydrox fournit l'ingénierie et la capacité de commercialisation.
Le groupe mène aussi des recherches sur le stockage de l'hydrogène, l'un des obstacles persistants de cette technologie, via des matériaux bidimensionnels avancés tels que le borophène dopé à l'yttrium, et poursuit des travaux sur les batteries à cathodes de phosphate de fer lithié modifiées au niobium, visant une charge plus rapide et une durée de vie accrue.
Plusieurs de ces projets bénéficient de collaborations avec des universités et instituts de recherche chinois, aux côtés du soutien de Sasol et de la NRF. Côté déploiement, le groupe mène des initiatives de développement des compétences, dont des kits pédagogiques sur l'hydrogène vert pour les étudiants, et explore l'installation d'unités de piles à combustible à oxyde solide à l'UJ avec un partenaire technologique local.
La portée plus large tient moins à un résultat isolé qu'à ce que le programme représente. Le débat africain sur l'hydrogène vert a été dominé par de grands projets d'exportation conçus autour d'acheteurs étrangers et, généralement, de technologie importée. Un groupe de recherche domestique développant catalyseurs, conceptions d'électrolyseurs, matériaux de stockage et compétences, et s'associant à un fabricant africain d'électrolyseurs, poursuit un objectif différent et moins visible : s'assurer que, si une économie de l'hydrogène se construit sur le continent, une partie de sa technologie sous-jacente, de sa propriété intellectuelle et de son expertise soit africaine. Ces travaux demeurent au stade de la recherche et de la démonstration, et l'écart entre résultats de laboratoire et déploiement commercial compétitif est important. Mais la question de localisation qu'ils abordent, l'Afrique possédera-t-elle une part de la chaîne de valeur de l'hydrogène ou se contentera-t-elle de l'accueillir et de l'importer, est une question que le récit axé sur l'exportation a largement laissée de côté.
Le groupe JENano, rattaché au Département de génie mécanique de l'UJ, est dirigé par le professeur Tien-Chien Jen, titulaire de la chaire sur l'hydrogène vert de la South African Research Chairs Initiative (SARChI), financée par le groupe pétrochimique Sasol et la National Research Foundation. Les travaux du groupe couvrent la production, le stockage et l'utilisation de l'hydrogène, et s'étendent aux matériaux avancés de batteries, partant du principe que batteries et hydrogène joueront des rôles complémentaires dans les systèmes énergétiques futurs.
L'hydrogène vert, produit par électrolyse de l'eau à partir d'électricité renouvelable, est largement considéré comme une voie de décarbonation des secteurs difficiles à abattre tels que l'acier, la chimie et le transport lourd, et les fortes ressources solaires et éoliennes de l'Afrique du Sud l'ont positionnée comme producteur et exportateur potentiel.
L'approche du groupe combine modélisation informatique et travaux de laboratoire, utilisant la simulation à l'échelle atomique pour cribler les matériaux avant leur fabrication et leurs essais, une démarche destinée à raccourcir les délais de développement.
Parmi ses résultats de modélisation figure l'identification de surfaces fer-nickel (FeNi) comme catalyseurs efficaces et moins coûteux pour la production d'hydrogène alcaline, offrant une alternative potentielle aux systèmes à métaux précieux en s'appuyant sur des matériaux abondants et peu onéreux.
Sa capacité expérimentale s'appuie sur ce que le groupe décrit comme le premier laboratoire de dépôt par couche atomique (atomic layer deposition, ALD) d'Afrique du Sud, établi grâce à une subvention du National Nano Equipment Programme d'environ 1 million de dollars, qui permet d'appliquer des revêtements ultra-minces et uniformes avec une précision atomique pour améliorer la performance des catalyseurs et des électrodes.
Le volet le plus significatif sur le plan commercial est un partenariat avec Hydrox Holdings, décrit comme le premier fabricant d'électrolyseurs d'Afrique, sur l'électrolyse sans membrane. Le système breveté Divergent-Electrode-Flow-Through (DEFT) de Hydrox se passe de la membrane polymère utilisée dans les électrolyseurs conventionnels à membrane échangeuse de protons, supprimant l'un des composants les plus coûteux et les plus sujets aux défaillances, en utilisant à la place des électrodes poreuses à base de nickel pour séparer hydrogène et oxygène. La technologie peut produire de l'hydrogène à des puretés comprises entre 99,5 % et 99,9995 % et est conçue pour gérer la puissance fluctuante des intrants renouvelables, des travaux technico-économiques préliminaires suggérant qu'elle pourrait abaisser le coût actualisé de l'hydrogène par rapport aux systèmes à membrane. Dans ce partenariat, l'université apporte l'expertise en modélisation et en matériaux, tandis que Hydrox fournit l'ingénierie et la capacité de commercialisation.
Le groupe mène aussi des recherches sur le stockage de l'hydrogène, l'un des obstacles persistants de cette technologie, via des matériaux bidimensionnels avancés tels que le borophène dopé à l'yttrium, et poursuit des travaux sur les batteries à cathodes de phosphate de fer lithié modifiées au niobium, visant une charge plus rapide et une durée de vie accrue.
Plusieurs de ces projets bénéficient de collaborations avec des universités et instituts de recherche chinois, aux côtés du soutien de Sasol et de la NRF. Côté déploiement, le groupe mène des initiatives de développement des compétences, dont des kits pédagogiques sur l'hydrogène vert pour les étudiants, et explore l'installation d'unités de piles à combustible à oxyde solide à l'UJ avec un partenaire technologique local.
La portée plus large tient moins à un résultat isolé qu'à ce que le programme représente. Le débat africain sur l'hydrogène vert a été dominé par de grands projets d'exportation conçus autour d'acheteurs étrangers et, généralement, de technologie importée. Un groupe de recherche domestique développant catalyseurs, conceptions d'électrolyseurs, matériaux de stockage et compétences, et s'associant à un fabricant africain d'électrolyseurs, poursuit un objectif différent et moins visible : s'assurer que, si une économie de l'hydrogène se construit sur le continent, une partie de sa technologie sous-jacente, de sa propriété intellectuelle et de son expertise soit africaine. Ces travaux demeurent au stade de la recherche et de la démonstration, et l'écart entre résultats de laboratoire et déploiement commercial compétitif est important. Mais la question de localisation qu'ils abordent, l'Afrique possédera-t-elle une part de la chaîne de valeur de l'hydrogène ou se contentera-t-elle de l'accueillir et de l'importer, est une question que le récit axé sur l'exportation a largement laissée de côté.