Le biochar peut-il réduire le coût de l’hydrogène vert ?

Trouver le bon catalyseur pour l’hydrogène

L’hydrogène pourrait, en théorie, être un carburant idéal pour stocker l’énergie et alimenter des applications difficiles à électrifier. Cela s’explique par le fait qu’il possède quelques caractéristiques presque parfaites :

– Les piles à combustible génèrent de l’électricité sans produire de dioxyde de carbone sur le site d’utilisation.\r\n- L’hydrogène peut fournir les hautes températures requises par la métallurgie et d’autres procédés industriels difficiles à électrifier.\r\n- L’électrolyse peut produire de l’hydrogène à partir de l’eau en utilisant de l’électricité renouvelable.\r\n- L’hydrogène ne contient pas de carbone, bien que son impact environnemental global dépende de la façon dont il est produit et utilisé.

Cependant, le développement d’une économie basée sur l’hydrogène a été freiné par la difficulté de produire de l’hydrogène de manière rentable. En effet, l’hydrogène vert est généralement produit par électrolyse, un procédé dont le coût et l’efficacité dépendent en partie des matériaux des électrodes. Les électrolyseurs PEM reposent sur des métaux du groupe du platine rares et coûteux, notamment le platine et l’iridium, tandis que les systèmes alcalins peuvent utiliser des catalyseurs à base de nickel, plus abondants.

Ainsi, tant qu’aucune méthode de production d’hydrogène plus efficace n’existe, il est peu probable que nous puissions le voir remplacer les combustibles fossiles à grande échelle.

C’est pourquoi de nombreuses alternatives sont explorées par les scientifiques pour les matériaux catalytiques, comme nanorods de fer, carbure de silicium, ou cobalt-tungstène.

Une autre option pour produire de l’hydrogène vert pourrait être les matériaux catalytiques à base de carbone, qui, ironiquement, pourraient constituer une solution solide pour limiter les émissions de carbone.

Une nouvelle revue réalisée par des chercheurs indiens de Swami Rama Himalayan University et de Graphic Era (Université reconnue) a examiné l’utilisation de nanomatériaux carbonés dérivés du biochar à cette fin. Le biochar est produit par décomposition thermique de la biomasse dans des conditions à faible teneur en oxygène, via des procédés tels que la pyrolyse. En effet, les nanomatériaux carbonés dérivés du biochar, incluant potentiellement les nanotubes de carbone (CNT), le graphène, les points quantiques de carbone, les nanosheets et les nanoflakes, offrent une grande surface spécifique, des structures modulables, une excellente conductivité électrique et des propriétés électrocatalytiques favorables.

Ils ont publié leurs résultats dans Next Energy¹, sous le titre « Nanomatériaux carbonés dérivés du biochar pour la production d’hydrogène durable : synthèse, performance électrocatalytique et perspectives futures. »

Améliorer la production d’hydrogène

Si les atomes d’hydrogène sont l’élément le plus abondant de l’Univers, sur Terre ils sont généralement liés à d’autres éléments. Ainsi, le gaz H₂ pur doit être produit, l’option généralement privilégiée étant l’électrolyse de l’eau (H₂O). Mais elle est limitée par la haute tension requise pour surmonter les barrières cinétiques associées à la scission de l’eau.

Surmonter cette limitation de tension est le rôle principal des matériaux électrocatalytiques.

L’ampleur de production requise pour une économie de l’hydrogène fonctionnelle nécessite que ces catalyseurs soient fabriqués à partir d’éléments abondants et peu coûteux. Dans cette optique, les nanomatériaux carbonés dérivés de la biomasse sont des candidats prometteurs, car ils peuvent associer des matières premières relativement abondantes à une grande surface spécifique, une conductivité électrique, une stabilité chimique et des propriétés électrochimiques modulables.

Cependant, ce n’est pas un processus simple, la transformation de la biomasse en biochar utilisable puis en catalyseurs ne se limite pas à la pyrolyse, mais nécessite également des traitements mécaniques, thermiques et chimiques intensifs.

Source : Next Energy

Malheureusement, bien que les progrès soient réalisés, la manière de transformer de façon constante et à l’échelle industrielle la biomasse brute en nanomatériaux carbonés n’est toujours pas totalement comprise.

« Malgré l’intérêt croissant, il manque encore une compréhension systématique de la manière de concevoir et d’optimiser les nanostructures carbonées à base de biochar en tant qu’électrocatalyseurs efficaces et abordables pour la production d’hydrogène. »

Donner du sens à la recherche sur le biochar

Revue de la littérature

Le manque d’analyse systématisée sur ce sujet explique pourquoi les chercheurs ont rassemblé la littérature scientifique publiée de janvier 2020 à février 2026, en mettant l’accent sur quelques thèmes :

• Production de biochar et propriétés des précurseurs.
• Synthèse et traitement à l’échelle nanométrique des matériaux carbonés à base de biochar.
• Propriétés physiques, chimiques et structurales.
• Incorporation/hybridation avec des catalyseurs métalliques/autres matériaux catalytiques.
• Processus électrocatalytique de la réaction d’évolution de l’hydrogène (HER) et de la réaction d’évolution de l’oxygène (OER).
• Performance électrochimique.
• Stabilité, évolutivité et perspectives futures de la production d’hydrogène respectueuse de l’environnement

Production de biochar

Le biochar est un matériau riche en carbone produit en chauffant de la biomasse, y compris les résidus agricoles, les déchets de bois et le fumier, dans des conditions limitées en oxygène. La température de pyrolyse varie selon la matière première et les propriétés souhaitées, l’examen décrivant des conditions de traitement dépassant une seule plage de température.

En plus de la pyrolyse, le procédé peut également être utilisé pour transformer la biomasse végétale en biochar, par exemple via la gazéification ou la carbonisation hydrothermale.

Outre ses applications industrielles potentielles, le biochar est également de plus en plus utilisé pour améliorer les sols agricoles et capturer le carbone.

Source : Discover Soil

Le biochar peut être transformé en nanomatériaux carbonés adaptés à la recherche sur la production d’hydrogène. Certains catalyseurs proposés sont sans métal, tandis que d’autres combinent du carbone dérivé du biochar avec du cobalt, du fer, du molybdène ou d’autres matériaux catalytiques. Cette approche permet de convertir une biomasse de faible valeur en matériaux de valeur supérieure, bien que le bénéfice carbone global dépende de l’origine de la matière première, de l’énergie consommée lors du traitement, des traitements chimiques et du cycle de vie final du matériau.

Source : Next Energy

Activation pour la production d’hydrogène

La première étape du traitement du biochar repose sur des méthodes physiques. Elle vise à réduire la taille des particules tout en augmentant la taille des pores et la topographie de la surface. Cela peut s’appuyer sur de nombreuses techniques, telles que le micro‑onduleur, les méthodes ultrasoniques et le broyage mécanique (compression, fraisage, broyage, éclatement et torrefaction).

Ensuite, de la vapeur à haute pression et à très haute température est utilisée pour décomposer la matrice lignocellulosique végétale complexe en une structure plus simple.

Les produits chimiques font également partie du processus. Un traitement acide peut être employé pour améliorer l’utilité de la cellulose. Ces traitements peuvent utiliser des acides tels que l’acide sulfurique, chlorhydrique, nitrique, acétique, oxalique ou phosphorique, le réactif choisi et sa concentration influençant le matériau obtenu. À l’autre extrémité du spectre de pH, des composés alcalins comme l’hydroxyde d’ammonium (NH4OH), l’hydroxyde de sodium (NaOH) et l’hydroxyde de calcium (Ca(OH)2) sont employés pour dissoudre les liaisons chimiques entre les polymères et la lignine.

Ces procédés peuvent également être couplés à une modification de la structure chimique du biochar ou à l’ajout d’autres éléments afin de « dopper » le potentiel électrochimique.

« Les groupes fonctionnels de surface contenant de l’oxygène, tels que les hydroxyles, carbonyles et groupes carboxyles, améliorent l’hydrophilie, le contact interfacial avec les électrolytes et la réactivité de surface. Ces groupes peuvent également participer à des réactions redox et faciliter les processus de transfert de charge. »

Source : Next Energy

Renforcer la production d’hydrogène

Les étapes précédentes visent à modifier la nanostructure du biochar afin d’y incorporer davantage de nanostructures carbonées : nanofibres de carbone, graphène, nanotubes de carbone, points quantiques de carbone et nanosheets de carbone.

Ainsi, il est optimisé pour quelques caractéristiques clés :

• Haute conductivité électrique, permettant le flux d’électrons libres
• Stabilité chimique et grande surface poreuse
• Caractéristiques d’adsorption et de désorption d’hydrogène appropriées, influençant la réaction d’évolution de l’hydrogène.

Source : Next Energy

Rendre le biochar rentable pour l’hydrogène

Un obstacle qui a empêché l’hydrogène de devenir un carburant couramment utilisé est le coût. En partie, cela est depuis longtemps dû aux catalyseurs coûteux utilisant des métaux rares et précieux.

Dans le cas des catalyseurs à base de carbone, d’autres coûts impactent la viabilité économique potentielle de ce procédé :

• Culture, collecte, transport et stockage de la biomasse
• Pyrolyse et traitement à la vapeur, très énergivores
• Amélioration du biochar par des procédés chimiques et mécaniques, avec le coût des équipements et la pollution éventuelle à prendre en compte

Un autre problème que la littérature scientifique actuelle, qui se concentre sur des résultats obtenus en laboratoire, ne parvient pas à aborder correctement est la durabilité et les capacités de régénération du biochar.

Bien que certaines études en laboratoire rapportent une stabilité électrochimique prometteuse, la revue constate que la durabilité à long terme, la résistance au colmatage, le potentiel de régénération et les performances dans des conditions industrielles réalistes restent insuffisamment étudiés.

Une autre préoccupation non résolue est le manque d’homogénéité des caractéristiques du biochar. D’innombrables variations existent, découlant de différentes matières premières, conditions de pyrolyse et traitements post‑production du biochar.

Ainsi, bien que certaines formules soient prometteuses, une méthode de test claire ou un processus de certification garantissant la qualité du produit final fait encore défaut et sera nécessaire pour des applications industrielles à grande échelle.

« Surmonter ces difficultés nécessite des initiatives collaboratives incluant la législation gouvernementale, l’investissement industriel et la recherche académique. Les décideurs devraient fournir des cadres de soutien qui favorisent l’innovation, la commercialisation et l’utilisation à long terme du biochar dans les secteurs de l’énergie, de l’environnement et de l’agriculture. »

Pourtant, le potentiel de mettre simultanément à l’échelle une biomasse de faible valeur, de capturer du carbone et de réduire le coût de l’hydrogène vert, sans nécessiter d’éléments rares, rend cette technologie très attrayante.

Des études en laboratoire ont démontré le potentiel technique des nanomatériaux à base de carbone dérivés du biochar, mais leurs résultats ne peuvent pas toujours être comparés directement, car les conditions d’essai et les méthodes de rapport diffèrent. Les prochaines étapes consistent à standardiser la production et les tests de performance, valider la durabilité à long terme, réaliser des évaluations du cycle de vie et des analyses techno‑économiques, et faire progresser les candidats les plus prometteurs vers des projets pilotes industriels.

Investir dans l’hydrogène vert

Plug Power

Plug Power (PLUG ) fournit des piles à combustible, des électrolyseurs, des équipements de stockage d’hydrogène, des infrastructures de ravitaillement et des services de production d’hydrogène. L’entreprise affirme avoir déployé plus de 74 000 systèmes à pile à combustible et plus de 280 stations de ravitaillement, tandis que ses électrolyseurs ont été installés sur six continents.

Plug reste également un investissement spéculatif. Elle a élargi ses activités de production d’hydrogène et d’électrolyseurs mais continue de faire face à des risques financiers, d’exécution, de financement et de commercialisation. Des avancées qui réduisent les coûts de production d’hydrogène pourraient soutenir son marché adressable, mais elles ne résoudraient pas à elles seules les défis financiers de l’entreprise.

Source : Plug Power

Sa pertinence pour cette recherche provient principalement de son activité d’électrolyseur. Plug fabrique des électrolyseurs à membrane échangeuse de protons, une technologie qui dépend actuellement de catalyseurs à base de métaux du groupe du platine. Si les matériaux dérivés du biochar ou les hybrides carbone‑métal associés réduisent finalement les besoins en catalyseur, améliorent les performances des électrodes ou abaissent les coûts du système, les fabricants d’électrolyseurs pourraient bénéficier de ces améliorations.

Cependant, les matériaux de biochar étudiés restent au stade de laboratoire, et il n’existe aucune indication que Plug Power les utilise actuellement ou envisage de le faire. L’entreprise doit donc être considérée comme une exposition en aval à l’expansion plus large de l’hydrogène vert plutôt que comme une exposition directe aux catalyseurs dérivés du biochar.

Source : Plug Power

(Vous pouvez en savoir plus sur Plug Power dans notre rapport d’investissement dédié à l’entreprise.)

Dernières actualités et développements de l’action Plug Power (PLUG)

Étude référencée

^{1. Vishal Rajput. Nanomatériaux à base de carbone dérivés du biochar pour la production d’hydrogène durable : synthèse, performance électrocatalytique et perspectives futures. Next Energy. Volume 13, octobre 2026, 100995. https://doi.org/10.1016/j.nxener.2026.100995}