Les nanocornets de carbone potentiellement efficaces pour stocker l'hydrogène

Alors que les nanotubes de carbone apparaissent désormais inadéquats au stockage commercial de l'hydrogène, des chercheurs de plusieurs labos européens pilotés par une unité du CNRS à Orléans, démontrent le potentiel des nanocornets de carbone.
 

Nanocornets de carbone

Depuis l'essor du moteur de fusée à hydrogène durant la seconde moitié du XXème siècle, l'hydrogène, ou plutôt dihydrogène, continue à séduire la recherche. Dans un contexte actuel de réchauffement climatique et d'énergie fossiles chères et limitées il est plus que jamais étudié. En effet le dihydrogène est un combustible ''propre'' dans le sens où sa combustion ne génère que de la vapeur d'eau mais permet de produire de la chaleur par combustion directe mais aussi de l'électricité dans les piles à combustible (PAC).

Toutefois la production, le stockage et le transport de l'hydrogène posent encore de nombreux problèmes technologiques à tel point qu'actuellement, la difficulté pour le stocker de manière, à la fois sûre et économique, a jusqu'ici rendu son utilisation marginale. Par exemple, parmi les procédés de stockage existants, la solution de l'assemblage de l'hydrogène avec les métaux est trop coûteuse de sorte que des recherches sont entreprises autour des matériaux poreux.

Le piégeage dans des matériaux poreux est en effet plus efficace (tout l'hydrogène adsorbé est récupérable) et apparaît d'ores et déjà comme une solution meilleur marché. De plus, les cycles de chargement et de relargage de l'hydrogène ne nécessitent alors aucune réactivation ou régénération du matériau. Du fait de leur faible masse et leur grande capacité d'adsorption, les nanostructures à base de carbone parmi lesquelles figurent les nanotubes et les nanocornets, s'avèrent d'excellents prétendants de matériaux poreux.
Toutefois, les nanotubes de carbone présentent l'inconvénient majeur de pouvoir être stockés qu'à des températures extrêmement basses (inférieures à 196°C), en raison de la faible interaction entre l'hydrogène et le carbone, ce qui limite les applications commerciales. La possibilité future de stocker de l'hydrogène à l'intérieur de matériaux poreux à base de carbone, dans le cadre d'un projet d'énergie propre, dépend donc étroitement de la force de l'interaction entre l'hydrogène et le carbone, et de la faculté d'augmenter cette force.

C'est dans ce cadre que des chercheurs du Centre de recherche sur la matière divisée (CNRS/Université d'Orléans), en collaboration avec leurs confrères du Rutherford Appleton Laboratory (Royaume-Uni), de l'Université du Pays Basque à Bilbao et du Consejo Superior de Investigaciones Científicas (Espagne), ont étudié* les liens entre l'hydrogène et les nanocornets de carbone. De forme conique, ces matériaux de deux à trois nanomètres de longueur s'agrègent pour former des structures en forme de dahlia de 80 à 100 nanomètres de diamètre et ne contiennent aucune impureté métallique, indique le CNRS. En analysant ces matériaux grâce à la spectroscopie de neutrons à haute résolution, ils ont pu obtenir des données sur l'interaction entre l'hydrogène et les nanocornets (mobilité de l'hydrogène, énergies et géométrie). Résultat : avec ces structures, la liaison hydrogène-carbone est beaucoup plus stable qu'avec les nanotubes. Le CNRS qualifie ces résultats de prometteurs, tout en reconnaissant que le coût de fabrication de ces matériaux est encore relativement onéreux. Mais alors que les nanotubes devaient définitivement être considérés comme hors-jeu, cette étude lève, selon le CNRS, les réserves qui empêchaient d'envisager l'utilisation de nanomatériaux à base de carbone pour des applications industrielles.

C.SEGHIER

*Références :
Nature of the Bound States of Molecular Hydrogen in Carbon Nanohorns, F. Fernandez-Alonso, F.J. Bermejo, C. Cabrillo, R.O. Loutfy, V. Leon, et M.L. Saboungi, Physical Review Letters, 25 mai 2007, 98, 215503.