Une start-up vise à transformer le marché de l’hydrogène

IMAGE: Avium LLC a été fondée en 2017 par le doctorant KU Joe Barforoush (à gauche) et son mentor, Kevin Leonard (à droite), professeur agrégé de génie chimique et pétrolier. Ils espèrent …
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Crédit: KU News Service

LAWRENCE – Une jeune entreprise enracinée dans l’école d’ingénierie de l’Université du Kansas et le Center for Environmentally Beneficial Catalysis bénéficieront d’une subvention de deux ans de 750 000 $ pour la recherche sur l’innovation dans les petites entreprises de la National Science Foundation pour faire progresser la technologie qui peut accroître la popularité et faciliter de posséder des voitures avec des piles à combustible à hydrogène, tout en rendant la production d’hydrogène plus respectueuse de l’environnement.

Avium LLC, dont le siège est au centre d’affaires Bioscience & Technology de KU, développe un électrolyseur d’eau à matrice à deux éléments (DEM) – un appareil révolutionnaire pour générer de l’hydrogène à partir de l’eau en utilisant l’électricité à un coût de matériaux beaucoup moins élevé. L’invention a le potentiel de transformer les marchés de l’hydrogène dans les transports, ainsi que d’autres marchés, notamment la fabrication du verre, le refroidissement des turbines des centrales électriques, la fabrication pharmaceutique et le traitement des semi-conducteurs.

AviumLLC a été fondée en 2017 par un doctorant en génie chimique de la KU, Joe Barforoush, et son mentor, Kevin Leonard, professeur agrégé de génie chimique et pétrolier. Ils espèrent être un innovateur de premier plan dans l’industrie de la génération d’hydrogène à croissance rapide de 100 milliards de dollars.

« Joe et moi avons développé de nouveaux matériaux pour produire de l’hydrogène et de l’oxygène à partir de l’eau en utilisant l’électricité », a déclaré Leonard. « En ce moment, en Californie et dans certains endroits en Europe et au Japon, vous pouvez acheter des véhicules électriques à pile à hydrogène. Au lieu d’être alimentés par une batterie, ils sont alimentés à l’hydrogène et à une pile à combustible. Ils ont beaucoup de avantages, notamment des temps de charge plus rapides et une autonomie plus longue. Mais l’un des inconvénients est que le nombre de stations-service est insuffisant pour supporter le nombre de voitures à hydrogène sur la route en Californie. Ce que nous voulons faire est de développer un hydrogène sur site générateur de stations-service pour véhicules électriques à pile à combustible. Ils peuvent essentiellement prendre de l’eau et de l’électricité – qui sont déjà disponibles sur place – et produire de l’hydrogène à la demande au lieu d’avoir un camion dans une usine chimique. « 

La nouvelle subvention NSIR Phase II SBIR permettra à Avium de construire un prototype plus grand de l’électrolyseur d’eau DEM et d’effectuer des tests sur le terrain dans une station d’hydrogène en activité. Cette nouvelle subvention s’appuie sur le travail de Barforoush et Leonard réalisé dans le cadre d’un précédent prix NSF.

« Nous avons interviewé plus de 130 personnes dans l’industrie de l’hydrogène et des personnes qui possèdent actuellement des voitures à pile à combustible à hydrogène en Californie », a déclaré Barforoush. « Les gens ont parlé de pénuries – il y avait en fait une pénurie pendant que j’étais là-bas. Je serais dans une station de ravitaillement en hydrogène, et les gens diraient: ‘Ceci est la troisième station où je suis allé et je ne suis même pas encore capable pour obtenir du carburant ici. Il y aurait d’énormes files d’attente, parfois avec des véhicules sur les plates-formes de remorquage en ligne parce que cela fait partie de l’accord du constructeur – remorquage gratuit s’ils ne trouvent pas de carburant. « 

Aujourd’hui, plus de 95% de l’hydrogène est produit à partir de combustibles fossiles dans les usines chimiques, et la majorité de l’hydrogène dans les stations de ravitaillement des véhicules à pile à combustible est transportée par camion depuis ces usines – un fait que le duo derrière Avium espère changer.

« L’hydrogène est un produit chimique de base », a déclaré Barforoush. «Les stations de ravitaillement en hydrogène se trouvent au bas de la chaîne d’approvisionnement, car elles ont une demande relativement faible en ce moment. La production rentable d’hydrogène sur place à partir de l’électricité et de l’eau pourrait éliminer les problèmes logistiques de l’hydrogène livré tout en permettant une plus grande utilisation de l’électricité renouvelable. « 

L’idée de fendre l’eau sur place à l’aide d’un électrolyseur n’est pas nouvelle. Cependant, les électrolyseurs actuels capables de produire de l’hydrogène à partir de l’eau sur site sont trop coûteux en raison des matériaux requis par leur conception. La « Dual Element Matrix » lancée par Avium résout ce problème.

« Traditionnellement, pour diviser l’eau en hydrogène et en oxygène, des métaux très chers sont nécessaires – des choses comme le platine, qui est très rare et très cher », a déclaré Leonard. « Ce que nous avons pu faire, c’est concevoir un catalyseur qui fonctionne aussi bien que le platine, mais qui utilise des éléments tels que le fer et le nickel et le cobalt, qui sont des éléments beaucoup plus abondants. C’est une avancée des matériaux que nous avons faite et maintenant nous prenons ces matériaux et les mettons dans un nouvel appareil. Nous l’appelons la « matrice à deux éléments » parce que c’est un matériau avec une composition matricielle. Le fer n’est pas aussi bon que le platine, ni le nickel aussi bon que le platine, mais si vous les mélangez dans les bonnes proportions, de la bonne manière, ils ont un effet synergique l’un sur l’autre. Les deux métaux agissant ensemble vous donnent cette performance améliorée. « 

Les travaux de développement du nouvel électrolyseur auront lieu au BTBC dans le district ouest de KU, à quelques pas du Leonard Lab de la School of Engineering et du Center for Environmentally Beneficial Catalysis. En effet, une sous-attribution de 130 000 $ de la subvention NSIR Phase II SBIR ira directement à KU.

« Mon laboratoire fait partie du Center for Environmentally Beneficial Catalysis », a déclaré Leonard. « Notre travail dans le cadre de cette nouvelle subvention cadre parfaitement avec la mission stratégique de la CEBC – nous mettons en œuvre un nouveau processus respectueux de l’environnement. »

Dans le cadre de la subvention NSF, les chercheurs d’Avium et de KU synthétiseront les catalyseurs DEM et fabriqueront ces électrodes à l’échelle industrielle; caractériser la relation entre l’architecture des électrodes et les limitations cinétiques et de transfert de masse; et identifier l’architecture des électrodes, la compression de la pile et les débits nécessaires pour traduire les performances de ces électrodes en un prototype de taille industrielle qui peut être testé dans une station californienne.

Cinq postes chez Avium seront soutenus par la subvention NSF. De plus, la technologie d’Avium peut stimuler l’économie régionale ainsi que le marché de consommation d’hydrogène, créant plus d’emplois dans le nord-est du Kansas pendant le ralentissement économique déclenché par COVID-19.

« Cela a été formidable pour les deux installations BTBC que nous avons, mais aussi parce qu’elles permettent une collaboration aussi étroite avec KU », a déclaré Leonard. « Les deux projets NSF, la Phase I et la Phase II, sont des projets communs entre Avium et mon laboratoire à KU. Nous avons donc la capacité d’avoir à la fois un laboratoire et un espace d’incubation pour une start-up à proximité de l’université. Cette a un potentiel pour un grand impact économique.  »

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