Électrolyse de l’eau assistée par la biomasse - Exemple de l’électroconversion du glucose

L’électrolyse de l’eau consiste à casser la molécule d’eau en hydrogène et oxygène $\left({\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\to {\mathrm{H}}_2+\raisebox{1ex}{$1$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$2$}\right.{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\right)$ sous l’effet d’une tension électrique. Cependant, la molécule d’eau est thermodynamiquement très stable et l’énergie nécessaire à sa décomposition est très élevée, ce qui se traduit par une tension de cellule d’électrolyse elle-même très élevée. Or, le coût de production de l’hydrogène est directement lié à l’énergie électrique consommée, et donc à la tension de cellule.

Les données thermodynamiques montrent que l’électrooxydation de molécules organiques oxygénées se produit généralement à des potentiels très inférieurs à ceux nécessaires à l’oxydation de l’eau, et leur utilisation au sein d’une cellule d’électrolyse pourrait donc conduire à diminuer d’un facteur deux au moins l’énergie nécessaire à la production d’hydrogène.

Parmi les molécules organiques oxygénées, les composés issus des déchets lignocellulosiques de la biomasse (glucose, fructose, composés furaniques, etc.) sont renouvelables et n’entrent pas en compétition avec l’alimentation humaine ou animale. L’électrooxydation contrôlée du glucose, par exemple, en (di)acides carboxyliques au sein d’une cellule d’électrolyse permet d’obtenir des synthons industriellement très importants pour le développement de monomères et tensioactifs biosourcés pour des applications dans les industries des bioplastiques et des bionylons, des cosmétiques, des détergents, de la cimenterie, etc. L’hydrogène produit à la cathode peut être valorisé sur site dans une bioraffinerie en l’utilisant pour mener les réactions d’hydrodésoxygénation de la lignine et produire des biocarburants, ou des réactions d’amination réductrice pour produire des tensioactifs biosourcés, ou peut être stocké et utilisé ultérieurement pour produire de l’énergie au sein d’une pile à combustible.

Cependant, pour atteindre les taux de conversion et la sélectivité nécessaires au déploiement de cette technologie dans une bioraffinerie, il est nécessaire de développer les matériaux catalytiques adaptés.