Production d'hydrogèneLa production d'hydrogène, ou plus exactement de dihydrogène, est en grande majorité réalisée par extraction chimique depuis des combustibles fossiles, principalement du méthane, du charbon et de coupes pétrolières. La production de dihydrogène par cette voie présente l'avantage d'un coût compétitif, mais l'inconvénient d'être à l'origine d'émissions de non biogénique, qui dépassent généralement dix kilogrammes de par kilogramme d'hydrogène produit.
Électrolyse de l'eauL'électrolyse de l'eau est un procédé électrolytique qui décompose l'eau (HO) en dioxygène et dihydrogène gazeux grâce à un courant électrique. La cellule électrolytique est constituée de deux électrodes immergées dans un électrolyte (ici l'eau elle-même) et connectées aux pôles opposés de la source de courant continu. vignette|Schéma du voltamètre d'Hoffmann utilisé pour l'électrolyse de l'eau. vignette|Schéma fonctionnel de l’électrolyse.
Économie hydrogèneLéconomie hydrogène ou économie de l'hydrogène est le modèle économique dans lequel le dihydrogène (de formule chimique ) servirait de vecteur d'énergie commun pour mutualiser les différents types de production d’énergie et pallier le problème de l’intermittence des énergies renouvelables. Ce principe est envisagé pour la première fois par Jules Verne en 1874, puis de façon plus détaillée par John Burdon Sanderson Haldane en 1923, et l'Allemagne nazie l'utilise pour produire des combustibles synthétiques à partir du charbon.
BiohydrogenBiohydrogen is H2 that is produced biologically. Interest is high in this technology because H2 is a clean fuel and can be readily produced from certain kinds of biomass, including biological waste. Furthermore some photosynthetic microorganisms are capable to produce H2 directly from water splitting using light as energy source. Besides the promising possibilities of biological hydrogen production, many challenges characterize this technology. First challenges include those intrinsic to H2, such as storage and transportation of an explosive noncondensible gas.
Craquage de l'eauLe craquage de l'eau est un processus aboutissant à la dissociation de l'hydrogène et de l'oxygène de l'eau, atomes composant la molécule d'eau , par thermolyse, électrolyse ou radiolyse. La réaction thermochimique commence à haute température (entre ) pour devenir complète vers . Le bilan de la décomposition d'une molécule d'eau ci-après : H2O → H2 + O2 s'établit comme suit, pour une mole d'eau : comme la molécule d'eau H2O est constituée de deux liaisons O-H dont chacune a une énergie molaire de , leur rupture absorbe ; la recomposition des molécules de dihydrogène gazeux produit un apport d'énergie : 2 H → H2 + ; la recomposition du dioxygène libère quant à elle : 2 O → O2 + , soit par mole d'eau initiale.
Infrastructure hydrogèneLes infrastructures hydrogène sont les infrastructures de transport par pipeline de l'hydrogène, les points de production d'hydrogène et les stations à hydrogène (parfois regroupées comme une autoroute de l'hydrogène) pour la distribution ainsi que la vente de carburant hydrogène, et donc une condition préalable cruciale avant une commercialisation réussie de technologie de la pile à combustible automobile.
HydrogèneLhydrogène est l'élément chimique de numéro atomique 1, de symbole H. L'hydrogène présent sur Terre est presque entièrement constitué de l'isotope H (ou protium, comportant un proton et zéro neutron) et d'environ 0,01 % de deutérium H (un proton, un neutron). Ces deux isotopes de l'hydrogène sont stables. Un troisième isotope, le tritium H (un proton, deux neutrons), instable, est produit dans les réactions de fission nucléaire (réacteurs nucléaires ou bombes).
Véhicule à hydrogèneUn véhicule à hydrogène est un moyen de transport qui utilise une transformation chimique du dihydrogène comme énergie de propulsion. En particulier, on appelle voiture à hydrogène un véhicule à propulsion électrique muni d'une pile à combustible utilisant le plus souvent l'hydrogène comme combustible réducteur. C'est un type particulier de véhicule à pile à combustible. Cette appellation englobe des véhicules du domaine de l'aérospatiale (comme les fusées) ou du domaine militaire (comme des sous-marins à hydrogène), bien que l'usage courant renvoie plutôt au monde des transports.
Technologie de l'hydrogèneLes technologies de l'hydrogène sont les technologies de production, de transport et distribution, de stockage et d'utilisation du dihydrogène. Ce vecteur énergétique a une place centrale dans la perspective d'une économie hydrogène. La liste des technologies fondées sur l'utilisation du dihydrogène est donnée ci-dessous.
Fermentative hydrogen productionFermentative hydrogen production is the fermentative conversion of organic substrates to H2. Hydrogen produced in this manner is often called biohydrogen. The conversion is effected by bacteria and protozoa, which employ enzymes. Fermentative hydrogen production is one of several anaerobic conversions. Dark fermentation reactions do not require light energy. These are capable of constantly producing hydrogen from organic compounds throughout the day and night. Typically these reactions are coupled to the formation of carbon dioxide or formate.
Craquage de l'eau par photocatalyseLe craquage de l'eau par photocatalyse est l'utilisation de photons suffisamment énergétiques pour craquer les molécules d'eau en les clivant de manière électrochimique afin de produire hydrogène et oxygène , selon une réaction chimique qui s'écrit simplement : 2 + 4 hν ⟶ 2 + , l'énergie minimale des photons incidents étant . Une telle réaction a été décrite pour la première fois en 1972 pour des longueurs d'onde inférieures à .
Hydrogène métalliqueL'hydrogène métallique est une phase de l'hydrogène qui survient lorsqu'il est soumis à une très forte pression. C'est un exemple de matière dégénérée. Il est estimé qu'il y a un intervalle de pressions (autour de ) tel que l'hydrogène métallique est liquide, même à de très basses températures. L'hydrogène métallique consiste en un treillis de noyaux atomiques, des protons, dont l'espacement est significativement plus petit que le rayon de Bohr. En effet, l'espacement est davantage comparable à une longueur d'onde d'électron (voir hypothèse de De Broglie).
Nanomaterial-based catalystNanomaterial-based catalysts are usually heterogeneous catalysts broken up into metal nanoparticles in order to enhance the catalytic process. Metal nanoparticles have high surface area, which can increase catalytic activity. Nanoparticle catalysts can be easily separated and recycled. They are typically used under mild conditions to prevent decomposition of the nanoparticles. Functionalized metal nanoparticles are more stable toward solvents compared to non-functionalized metal nanoparticles.
Cellule photoélectrochimiqueUne cellule photoélectrochimique utilise la lumière et des réactions chimiques pour produire de l'électricité. C'est un composant électronique qui, exposé à la lumière (photon), décompose l'eau en oxygène et hydrogène. On peut ensuite utiliser cet hydrogène dans des piles à combustible ou des moteurs à hydrogène. Une telle cellule photoélectrochimique est formée d'une électrode photosensible immergée dans un électrolyte ou dans de l'eau.
NanomatériauUn nanomatériau est un matériau (sous forme de poudre, aérosol ou quasi-gaz, suspension liquide, gel) possédant des propriétés particulières à cause de sa taille et structure nanométrique. Les nanomatériaux sont habituellement issus de la nanotechnologie, à la différence des nanoparticules qui peuvent être d'origine naturelle ou résulter de processus tels que le soudage, le fumage, le polissage. Le , la Commission européenne publie ses recommandations relatives à la définition des nanomatériaux (recommandation 2011/696/UE) : .
Photoelectrolysis of waterPhotoelectrolysis of water, also known as photoelectrochemical water splitting, occurs in a photoelectrochemical cell when light is used as the energy source for the electrolysis of water, producing dihydrogen which can be used as a fuel. This process is one route to a "hydrogen economy", in which hydrogen fuel is produced efficiently and inexpensively from natural sources without using fossil fuels. In contrast, steam reforming usually or always uses a fossil fuel to obtain hydrogen.
Nanoélectroniquevignette|Structure d'un transistor FinFET La nanoélectronique fait référence à l'utilisation des nanotechnologies dans la conception des composants électroniques, tels que les transistors. Bien que le terme de nanotechnologie soit généralement utilisé pour des technologies dont la taille est inférieure à environ , la nanoélectronique concerne des composants si petits qu'il est nécessaire de prendre en compte les interactions interatomiques et les phénomènes quantiques.
Cellule électrochimiquevignette| Une configuration de cellule électrochimique de démonstration ressemblant à la cellule Daniell. Les deux demi-cellules sont reliées par un pont salin portant des ions entre elles. Les électrons circulent dans le circuit externe. Une cellule électrochimique est un appareil capable de générer de l'énergie électrique à partir de réactions chimiques ou d'utiliser de l'énergie électrique pour provoquer des réactions chimiques.
Densité de courantLa densité de courant, ou densité volumique de courant, est un vecteur qui décrit le courant électrique à l'échelle locale, en tout point d'un système physique. Dans le Système international d'unités, son module s'exprime en ampères par mètre carré ( ou ). À l'échelle du système tout entier il s'agit d'un champ de vecteurs, puisque le vecteur densité de courant est défini en tout point.
Électrocatalyseurthumb|Mesure de la stabilité d'un électrocatalyseur à cathode en platine. Un électrocatalyseur est un catalyseur de réactions électrochimiques. Un électrocatalyseur facilite le transfert d'électrons entre la surface de l'électrode et les réactifs. Dans certains cas, un électrocatalyseur facilite une transformation chimique intermédiaire qui est décrite par une demi-réaction globale. Un électrocatalyseur peut être hétérogène (exemple : une surface de platine ou des nanoparticules), ou homogène (exemple : un complexe de coordination ou une enzyme).
