Générer de l'électricité directement à partir du méthylcyclohexane à l'aide de SOFC

La génération directe nécessite moins d’énergie que la réaction de déshydrogénation du MCH.

Des chercheurs japonais ont réussi à produire de l'électricité directement à partir de méthylcyclohexane, un hydrure organique, en utilisant des piles à combustible à oxyde solide (SOFC) avec une énergie inférieure à celle des réactions de déshydrogénation catalytique conventionnelles.

La production d’électricité par des piles à combustible utilisant l’hydrogène est l’une des technologies clés pour parvenir à une société à faibles émissions de carbone. Il est abondant et polyvalent et n’émet que de l’eau lorsqu’il est utilisé comme combustible.

Cependant, pour développer une société de l’hydrogène, il est tout aussi important de développer les infrastructures hydrogène que de développer les piles à combustible. Différents vecteurs d'hydrogène sont actuellement étudiés à cette fin, notamment l'hydrogène gazeux à haute pression, l'hydrogène liquide, l'ammoniac, l'acide formique et les hydrures organiques.

En particulier, le méthylcyclohexane (MCH), l’un des hydrures organiques, devrait être un excellent transporteur d’hydrogène capable de transporter et de stocker l’hydrogène de manière sûre et efficace. La déshydrogénation du MCH en présence d'un catalyseur produit de l'hydrogène et du toluène comme sous-produit, puis de l'électricité est générée à partir de cet hydrogène.

Cependant, le processus de déshydrogénation est une réaction endothermique et les pertes d’énergie irrécupérables ainsi que les installations nécessaires à la réaction posent problème.

Récemment, des chercheurs de l'Université Waseda au Japon ont réussi à utiliser la SOFC pour produire de l'électricité directement à partir du méthylcyclohexane tout en récupérant le toluène afin de pouvoir le réutiliser. Ces recherches devraient non seulement réduire les besoins énergétiques, mais également ouvrir de nouvelles possibilités de synthèse chimique à l'aide de piles à combustible.

L'équipe de recherche a tenté d'effectuer deux processus simultanément dans une pile à combustible : la déshydrogénation à partir d'hydrures organiques, une réaction endothermique, et la production d'électricité, une réaction exothermique. Pour y parvenir, ils ont utilisé une pile à combustible à oxyde solide supportée par une anode qui fonctionnait à une température plus élevée qu’une pile à combustible à électrolyte polymère.

L’équipe a pu le faire fonctionner à une température ne permettant pas la pyrolyse des hydrures organiques et dans des conditions empêchant le dépôt de carbone au niveau des électrodes. Ils ont rapporté que le rapport de production de toluène à benzène était de 94:6, ce qui constitue une réalisation importante.

Ces résultats indiquent qu'une SOFC extrait avec succès les électrons directement du MCH et génère de l'électricité en utilisant la fonction de conduction des ions oxygène de la SOFC. Cette méthode montre le potentiel de production d’électricité sans nécessiter d’installations de déshydrogénation et avec moins d’énergie requise que la déshydrogénation MCH conventionnelle assistée par catalyseur.

« Les piles à combustible ont été étudiées et développées en tant que dispositifs produisant de l'électricité très efficace et sans carbone grâce à la réaction électrochimique de l'hydrogène et de l'oxygène. Dans cette étude, nous avons démontré que ce dispositif peut être appliqué pour contrôler les réactions de déshydrogénation des hydrures organiques et les réactions de substitution de l'oxygène des cycles aromatiques. À l’avenir, une nouvelle chimie de synthèse pourrait être créée grâce à l’application de piles à combustible », conclut le professeur Akihiko Fukunaga, qui a dirigé la recherche.

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