FR3009427A1 - METHOD OF PHOTOCATALYTIC CONVERSION BY TRANSFORMATION OF SOLAR IRRADIATION IN IRRADIATION SUITED TO ACTIVATION OF THE PHOTOCATALYST. - Google Patents
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Abstract
L'invention décrit un procédé de conversion photocatalytique d'au moins un réactif en au moins un produit en présence d'un photocatalyseur comprenant les étapes suivantes : a) on fournit un photocatalyseur, b) on transforme l'irradiation solaire en énergie électrique, ladite énergie électrique étant exclusivement soit utilisée directement dans l'étape c), soit stockée dans un dispositif de stockage d'énergie électrique, c) on fournit une source d'irradiation qui émet à une longueur d'onde nominale au maximum 50 nm inférieure à la longueur d'onde maximale absorbable par le photocatalyseur et qui produit une irradiation telle qu'au moins 50 % en nombre de photons sont absorbable par le photocatalyseur, puis on alimente ladite source d'irradiation au moins en partie par l'énergie électrique produite et/ou stockée à l'étape b), d) puis on effectue la conversion photocatalytique dudit réactif en présence dudit photocatalyseur activé par ladite source d'irradiation.The invention describes a process for the photocatalytic conversion of at least one reagent into at least one product in the presence of a photocatalyst comprising the following steps: a) a photocatalyst is provided, b) the solar irradiation is converted into electrical energy, said electrical energy being exclusively used directly in step c), or stored in an electrical energy storage device, c) providing an irradiation source that emits at a nominal wavelength at a maximum of 50 nm below at the maximum wavelength absorbable by the photocatalyst and which produces an irradiation such that at least 50% in number of photons are absorbable by the photocatalyst, then said irradiation source is supplied at least partly with electrical energy produced and / or stored in step b), d) then the photocatalytic conversion of said reagent is carried out in the presence of said photocatalyst activated by said irradiation source. not.
Description
Le domaine de l'invention est celui de la valorisation énergétique ou chimique de molécules par conversion photocatalytique. Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé de conversion photocatalytique permettant d'améliorer le rendement des réactions photocatalysées.The field of the invention is that of the energetic or chemical recovery of molecules by photocatalytic conversion. More particularly, the invention relates to a photocatalytic conversion process for improving the yield of photocatalytic reactions.
Une partie de l'irradiation solaire touchant la surface de la terre peut être utilisée pour convertir des molécules telles que par exemple H2O ou CO2 en carburant (H2, CH4, ...) ou en intermédiaire pour la pétrochimie (HCOOH, CH3OH, ...) par photocatalyse. La photocatalyse repose sur le principe d'activation d'un semi-conducteur, ou photocatalyseur, à l'aide de l'énergie apportée par l'irradiation. La photocatalyse peut être définie comme l'absorption d'un photon, dont l'énergie est supérieure à la largeur de bande interdite ou bandgap entre la bande de valence et la bande de conduction, qui induit la formation d'une paire électron-trou dans le semi-conducteur. On a donc l'excitation d'un électron au niveau de la bande de conduction et la formation d'un trou sur la bande de valence. Cette paire électron-trou va permettre la formation de radicaux libres qui vont soit réagir avec des composés présents dans le milieu ou alors se recombiner suivant divers mécanismes. Chaque photocatalyseur possède une différence d'énergie entre sa bande de conduction et sa bande de valence, ou bandgap, qui lui est propre. Un photocatalyseur peut être activé par l'absorption d'au moins un photon. Les photons absorbables sont ceux dont l'énergie est supérieure à la largeur de bande interdite, au bandgap, du photocatalyseur. Autrement dit, les photocatalyseurs sont activables par au moins un photon d'une longueur d'onde correspondant à l'énergie associée à la largeur de bande interdite du photocatalyseur ou d'une longueur d'onde inférieure. On calcule la longueur d'onde maximale absorbable par le photocatalyseur à l'aide de l'équation suivante : 2 max Eg Avec Àmax la longueur l'onde maximale absorbable par le photocatalyseur (en m), h la constante de Planck (4,13433559.10-15 eV.$), c la vitesse de la lumière dans le vide (299 792 458 m.s-1) et Eg la largeur de bande interdite ou bandgap du photocatalyseur (en eV). Compte tenu de l'abondance de l'énergie solaire, les procédés photocatalytiques, que se soit pour la production d'énergie, d'intermédiaire en pétrochimie ou encore hxc pour la dépollution peuvent devenir une technologie viable. Cependant, les procédés photocatalytiques tels que mis en oeuvre jusqu'alors souffrent d'inconvénients majeurs limitant leur exploitation à grande échelle. Tout d'abord, les rendements connus jusqu'alors restent très faibles en raison notamment du fait que les composés semi-conducteurs ne sont capables d'absorber qu'une partie souvent très minoritaire des photons issus du spectre solaire. En effet, l'activation du photocatalyseur n'est possible que pour des photons de fortes énergies, supérieures au bandgap du semiconducteur c'est-à-dire pour une longueur d'onde correspondant à l'ultra-violet pour la plupart des photocatalyseurs d'intérêt. Le photocatalyseur ne présente donc pas une grande activité sous irradiation solaire. De plus, l'intermittence du rayonnement solaire induit des contraintes importantes en termes de mise en oeuvre du procédé ainsi qu'une perte significative en termes de productivité. En effet, comme illustré dans la littérature ouverte (S.S. Mao et al, Chemical Reviews, 110, p. 6503-6570, 2010 ; Y. Izumi, Coordination Chemistry Reviews, 257, p. 171-186, 2013 ; E.B. Stechel et J.E. Miller, Journal of CO2 utilization, 2013), les rendements énergétiques sont souvent très faibles de part la faible proportion de photons issus du spectre solaire absorbés par les systèmes photocatalytiques. Cet aspect implique notamment l'utilisation de très grande surface ayant ainsi un impact négatif sur le coût des installations.Part of the solar irradiation touching the surface of the earth can be used to convert molecules such as for example H2O or CO2 into fuel (H2, CH4, ...) or intermediate for petrochemistry (HCOOH, CH3OH,. ..) by photocatalysis. Photocatalysis is based on the principle of activation of a semiconductor, or photocatalyst, using the energy provided by the irradiation. Photocatalysis can be defined as the absorption of a photon, whose energy is greater than the bandgap or bandgap between the valence band and the conduction band, which induces the formation of an electron-hole pair in the semiconductor. We therefore have the excitation of an electron at the level of the conduction band and the formation of a hole on the valence band. This electron-hole pair will allow the formation of free radicals that will either react with compounds present in the medium or then recombine according to various mechanisms. Each photocatalyst has a difference in energy between its conduction band and its valence band, or bandgap, which is its own. A photocatalyst can be activated by the absorption of at least one photon. Absorbable photons are those whose energy is greater than the forbidden bandgap, bandgap or photocatalyst. In other words, the photocatalysts can be activated by at least one photon of a wavelength corresponding to the energy associated with the bandgap width of the photocatalyst or of a lower wavelength. The maximum wavelength absorbable by the photocatalyst is calculated using the following equation: ## EQU1 ## With A max, the maximum wavelength absorbable by the photocatalyst (in m), h the Planck constant (4, 13433559.10-15 eV. $), C the speed of light in vacuum (299,792,458 ms-1) and Eg the bandgap bandgap or bandgap of the photocatalyst (in eV). Given the abundance of solar energy, photocatalytic processes, whether for energy production, intermediate in petrochemical or hxc for depollution can become a viable technology. However, photocatalytic processes as implemented hitherto suffer from major drawbacks limiting their large-scale operation. First of all, the yields known until now remain very low owing in particular to the fact that the semiconductor compounds are only able to absorb a very often minority part of the photons coming from the solar spectrum. Indeed, the activation of the photocatalyst is only possible for high energy photons, higher than the semiconductor bandgap, that is to say for a wavelength corresponding to the ultraviolet for most photocatalysts interest. The photocatalyst therefore does not have a high activity under solar irradiation. In addition, the intermittency of the solar radiation induces important constraints in terms of implementation of the process as well as a significant loss in terms of productivity. Indeed, as shown in the open literature (SS Mao et al, Chemical Reviews, 110, pp. 6503-6570, 2010, Y. Izumi, Chemistry Reviews Coordination, 257, pp. 171-186, 2013, EB Stechel and JE Miller, Journal of CO2 utilization, 2013), energy yields are often very low due to the low proportion of photons from the solar spectrum absorbed by photocatalytic systems. This aspect implies in particular the use of very large area thus having a negative impact on the cost of the installations.
Dans le document WO 2011/101676 un système de production d'hydrogène à partir d'énergie solaire est proposé. Ce système propose un couplage entre un électrolyseur photocatalytique et un dispositif photovoltaïque. Un miroir sélectif en longueur d'onde est utilisé pour dissocier la partie du spectre lumineux la plus énergétique vers le photocatalyseur, et la partie la moins énergétique sur un système photovoltaïque permettant d'augmenter la différence de potentiel dans la cellule d'électrolyse et d'augmenter ainsi le rendement quantique de la réaction de dissociation de l'eau en dihydrogène. Cependant, ce type de système ne permet pas d'augmenter la part des photons capables d'opérer la réaction désirée. D'autre part, l'intermittence du procédé reste une contrainte majeure.In WO 2011/101676 a system for producing hydrogen from solar energy is proposed. This system proposes a coupling between a photocatalytic electrolyser and a photovoltaic device. A wavelength selective mirror is used to dissociate the part of the most energetic light spectrum towards the photocatalyst, and the least energy part on a photovoltaic system making it possible to increase the potential difference in the electrolysis cell and the photocatalyst. thus to increase the quantum yield of the dissociation reaction of water into dihydrogen. However, this type of system does not increase the proportion of photons capable of operating the desired reaction. On the other hand, the intermittency of the process remains a major constraint.
II est également connu du document WO 2007/077366 de proposer un dispositif de production photocatalytique de dihydrogène à partir d'un concentrateur solaire. Le dispositif focalisé de récupération de l'irradiation solaire permet effectivement d'éviter toute perte de photons par réflexion et diffusion dans l'atmosphère. Cependant, le dispositif reste limité par les faibles rendements énergétiques des systèmes photocatalytiques connus de l'homme de l'art. Pour que les procédés photocatalytiques deviennent industriellement viables, les coûts doivent être réduits et l'efficacité améliorées. Il est donc souhaitable de développer des procédés photocatalytiques qui sont plus efficaces notamment en termes de rendement énergétiques. De plus, il est souhaitable de développer des procédés photocatalytiques qui peuvent fonctionner en continu indépendant de la productivité de la source d'énergie solaire.It is also known from WO 2007/077366 to propose a device for the photocatalytic production of dihydrogen from a solar concentrator. The focused device for recovering solar irradiation effectively prevents any loss of photons by reflection and diffusion in the atmosphere. However, the device is limited by the low energy yields of photocatalytic systems known to those skilled in the art. For photocatalytic processes to become industrially viable, costs must be reduced and efficiency improved. It is therefore desirable to develop photocatalytic processes which are more efficient especially in terms of energy efficiency. In addition, it is desirable to develop photocatalytic processes that can operate continuously independent of the productivity of the solar energy source.
L'objet de l'invention concerne un procédé de conversion photocatalytique se distinguant par rapport aux procédés photocatalytiques classiques par un rendement énergétique amélioré et la possibilité de fonctionner en continu indépendant de la productivité de la source d'énergie solaire. Le procédé selon l'invention est effectué par irradiation dont la longueur d'onde est adaptée à l'activation du photocatalyseur dudit procédé de conversion, ladite irradiation est issue d'une source d'énergie solaire via une transformation en énergie électrique. Ainsi, par la présente invention on transforme l'irradiation solaire en énergie électrique, laquelle alimente une source artificielle d'irradiation. La source d'irradiation est utilisée pour activer un photocatalyseur absorbant les photons de longueur d'onde émis par la source d'irradiation. Le photocatalyseur permet d'effectuer la transformation photocatalytique d'un réactif en produit(s). En d'autres termes, par le procédé selon l'invention, on utilise l'énergie potentielle de l'intégralité de l'irradiation solaire en la transformant en irradiation d'une longueur d'onde qui est adaptée à l'activation d'un photocatalyseur pour un procédé de conversion d'un réactif donné. Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé de conversion photocatalytique d'au moins un réactif en au moins un produit en présence d'un photocatalyseur comprenant les étapes suivantes : a) on fournit un photocatalyseur, b) on transforme l'irradiation solaire en énergie électrique, ladite énergie électrique étant exclusivement soit utilisée directement dans l'étape c), soit stockée dans un dispositif de stockage d'énergie électrique, c) on fournit une source d'irradiation qui émet à une longueur d'onde nominale au maximum 50 nm inférieure à la longueur d'onde maximale absorbable par le photocatalyseur et qui produit une irradiation telle qu'au moins 50 % en nombre de photons sont absorbable par le photocatalyseur, puis on alimente ladite source d'irradiation au moins en partie par l'énergie électrique produite et/ou stockée à l'étape b), d) puis on effectue la conversion photocatalytique dudit réactif en présence dudit photocatalyseur activé par ladite source d'irradiation. Ainsi, l'invention propose une solution aux deux principaux problèmes inhérents aux procédés photocatalytiques qui est d'une part le faible rendement dû à une partie importante de photons du spectre solaire non absorbée par les systèmes semi- conducteurs et d'autre part l'intermittence de l'irradiation du soleil sur terre. En effet, l'objet de l'invention consiste notamment à irradier le système photocatalytique avec des photons de longueur d'onde adaptés au réactif mis en oeuvre en utilisant, via une transformation en énergie électrique, l'intégralité de l'irradiation solaire. Bien que la transformation de l'irradiation solaire en énergie électrique, puis sa transformation en irradiation adaptée conduisent à des pertes d'énergie, l'avantage induit par l'enchainement selon l'invention est un gain global en rendement énergétique par rapport à un système photocatalytique classique qui ne valorise qu'une faible portion du spectre solaire naturel. De plus, grâce à la possibilité de stocker l'énergie électrique issue de l'irradiation solaire et de la restituer à la source d'irradiation notamment pendant toute pénurie d'irradiation solaire, le procédé selon l'invention peut être effectué en continu. Outres les avantages en termes d'efficacité énergétique et d'opérabilité, un autre avantage est de déplacer le surdimensionnement des installations consécutif à l'exploitation de l'énergie solaire. La surface au sol requise par le procédé selon l'invention est diminuée par rapport à un système photocatalytique classique. Dans un système photocatalytique classique, pour une production visée il faut mettre en oeuvre suffisamment de réacteur photocatalytique pour assurer cette production pendant la durée de l'éclairage. Dans le cadre de l'invention proposée, pour avoir la même production, l'investissement en réacteur photocatalytique s'en trouvera réduit et ce surdimensionnement sera reporté sur la source d'énergie et non sur le photoréacteur lui même, induisant une économie en investissements et en matières premières à haute valeur ajoutée telles que les photocatalyseurs.The object of the invention relates to a photocatalytic conversion process distinguished from conventional photocatalytic processes by improved energy efficiency and the ability to operate continuously independent of the productivity of the solar energy source. The method according to the invention is carried out by irradiation whose wavelength is adapted to the activation of the photocatalyst of said conversion process, said irradiation is derived from a source of solar energy via a transformation into electrical energy. Thus, by the present invention solar radiation is transformed into electrical energy, which feeds an artificial source of irradiation. The irradiation source is used to activate a photocatalyst absorbing the wavelength photons emitted by the irradiation source. The photocatalyst makes it possible to carry out the photocatalytic transformation of a reagent into product (s). In other words, by the method according to the invention, the potential energy of the entirety of the solar irradiation is used by transforming it into irradiation of a wavelength which is adapted to the activation of a photocatalyst for a process for converting a given reagent. More particularly, the invention relates to a process for photocatalytic conversion of at least one reagent into at least one product in the presence of a photocatalyst comprising the following steps: a) a photocatalyst is provided, b) the solar irradiation is converted into electrical energy, said electrical energy being exclusively used directly in step c), or stored in an electrical energy storage device, c) providing an irradiation source that emits at a maximum nominal wavelength 50 nm less than the maximum wavelength absorbable by the photocatalyst and which produces an irradiation such that at least 50% in number of photons are absorbable by the photocatalyst, then said irradiation source is fed at least in part by the photocatalyst, electrical energy produced and / or stored in step b), d) and then the photocatalytic conversion of said reagent is carried out in the presence of said photocatalyst activated by the adite source of irradiation. Thus, the invention proposes a solution to the two main problems inherent to photocatalytic processes which is on the one hand the low efficiency due to a significant portion of photons of the solar spectrum not absorbed by the semiconductor systems and on the other hand the intermittency of the irradiation of the sun on earth. Indeed, the object of the invention consists in particular in irradiating the photocatalytic system with photons of wavelength adapted to the reagent implemented using, via a transformation into electrical energy, the entirety of the solar irradiation. Although the transformation of the solar irradiation into electrical energy, then its conversion into suitable irradiation lead to energy losses, the advantage induced by the sequence according to the invention is a global gain in energy efficiency compared to a conventional photocatalytic system that only valorizes a small portion of the natural solar spectrum. Moreover, thanks to the possibility of storing the electrical energy resulting from solar irradiation and returning it to the irradiation source, especially during any shortage of solar irradiation, the method according to the invention can be carried out continuously. In addition to the advantages in terms of energy efficiency and operability, another advantage is to move the oversizing of installations following the exploitation of solar energy. The floor area required by the process according to the invention is reduced compared to a conventional photocatalytic system. In a conventional photocatalytic system, for a target production it is necessary to implement sufficient photocatalytic reactor to ensure this production during the duration of the lighting. In the context of the proposed invention, to have the same production, the investment in photocatalytic reactor will be reduced and this oversizing will be reported on the energy source and not on the photoreactor itself, resulting in savings in investments and high value-added raw materials such as photocatalysts.
Selon une variante, la transformation de l'irradiation solaire en énergie électrique est effectuée par une technique photovoltaïque et/ou thermodynamique. Selon une variante, la source d'irradiation est une source monochromatique, de préférence de type laser.According to one variant, the transformation of the solar irradiation into electrical energy is carried out by a photovoltaic and / or thermodynamic technique. According to one variant, the irradiation source is a monochromatic source, preferably of the laser type.
Selon une autre variante, la source d'irradiation émet des photons dans une gamme de longueur d'onde de plus ou moins 50 nm par rapport à la longueur d'onde nominale. Dans ce cas, la source d'irradiation est de préférence de type diode électroluminescente. Selon une variante, le rendement énergétique de la source d'irradiation est supérieur 10 à 20%. Selon une variante, une partie de l'énergie électrique alimentant la source d'irradiation de l'étape c) provient d'une énergie renouvelable non-solaire et/ou d'une énergie conventionnelle. L'énergie renouvelable est de préférence choisie parmi l'énergie éolienne, l'énergie hydraulique ou hydroélectricité, l'énergie géothermique 15 et/ou la biomasse. L'énergie conventionnelle est de préférence choisie parmi l'énergie fossile, l'énergie nucléaire, l'énergie thermique et l'énergie électrique issue du réseau de distribution électrique. Selon une variante, le photocatalyseur est un semi-conducteur absorbant dans l'UV. Selon une variante, la conversion photocatalytique est la dissociation d'eau en 20 dihydrogène et en dioxygène. Selon une variante, la conversion photocatalytique est la dissociation d'hydrogène sulfuré en dihydrogène et en soufre. Selon une variante, la conversion photocatalytique est la réduction du dioxyde de carbone avec de l'eau pour la production d'hydrocarbures. 25 DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION Transformation de l'irradiation solaire en énergie électrique Selon l'étape a) du procédé selon l'invention, on fournit un photocatalyseur. Selon 30 l'étape b) du procédé selon l'invention, on transforme l'irradiation solaire en énergie électrique, ladite énergie électrique étant exclusivement soit utilisée directement dans l'étape c), soit stockée dans un dispositif de stockage d'énergie électrique. On entend par irradiation solaire l'ensemble des ondes électromagnétiques émises 35 par le soleil. Elle est composée de toute la gamme des rayonnements, de l'ultraviolet lointain comme les rayons gamma aux ondes radio en passant par la lumière visible. Généralement, l'irradiation solaire comprend une gamme de longueur d'onde supérieure à 280 nm.According to another variant, the irradiation source emits photons in a wavelength range of plus or minus 50 nm with respect to the nominal wavelength. In this case, the irradiation source is preferably of the electroluminescent diode type. According to one variant, the energy yield of the irradiation source is greater than 20%. According to one variant, a part of the electrical energy supplying the irradiation source of step c) comes from a non-solar renewable energy and / or a conventional energy. Renewable energy is preferably selected from wind power, hydropower or hydroelectricity, geothermal energy and / or biomass. The conventional energy is preferably selected from fossil energy, nuclear energy, thermal energy and electrical energy from the electrical distribution network. According to one variant, the photocatalyst is a semiconductor that absorbs in the UV. According to one variant, the photocatalytic conversion is the dissociation of water into dihydrogen and dioxygen. According to one variant, the photocatalytic conversion is the dissociation of hydrogen sulphide into dihydrogen and sulfur. Alternatively, the photocatalytic conversion is the reduction of carbon dioxide with water for the production of hydrocarbons. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Transformation of solar irradiation into electrical energy According to step a) of the process according to the invention, a photocatalyst is provided. According to step b) of the process according to the invention, the solar irradiation is transformed into electrical energy, said electrical energy being exclusively used directly in step c), or stored in an electrical energy storage device . By solar irradiation is meant all the electromagnetic waves emitted by the sun. It is composed of the whole range of radiation, from the far ultraviolet like gamma rays to radio waves and visible light. Generally, the solar irradiation comprises a wavelength range greater than 280 nm.
Selon une variante, une partie de l'énergie électrique produite par l'irradiation solaire est utilisée directement pour alimenter la source d'irradiation de l'étape c) alors que l'autre partie de l'énergie électrique produite par l'irradiation solaire est stockée dans un dispositif de stockage d'énergie électrique. Selon une autre variante, toute l'énergie électrique produite par l'irradiation solaire est utilisée directement pour alimenter la source d'irradiation de l'étape c). Selon une autre variante, toute l'énergie électrique produite par l'irradiation solaire est stockée dans un dispositif de stockage d'énergie électrique, ladite énergie stockée étant restituée à la source d'irradiation en cas de pénurie d'irradiation solaire.According to a variant, a part of the electrical energy produced by the solar irradiation is used directly to supply the irradiation source of step c) while the other part of the electrical energy produced by the solar irradiation is stored in an electrical energy storage device. According to another variant, all the electrical energy produced by the solar irradiation is used directly to supply the irradiation source of step c). According to another variant, all the electrical energy produced by the solar irradiation is stored in an electrical energy storage device, said stored energy being restored to the irradiation source in the event of a shortage of solar radiation.
Le rendement global énergétique amélioré est notamment obtenu par le fait que l'énergie électrique produite par l'irradiation solaire est exclusivement soit utilisée directement dans l'étape c), soit stockée temporairement dans un dispositif de stockage d'énergie électrique avant de la restituer à la source d'irradiation de l'étape c). Selon la présente invention, l'énergie électrique produite par l'irradiation solaire n'est donc pas introduite dans le réseau de distribution électrique. Le dispositif de stockage peut être électrique, l'électricité étant directement stockée dans des dispositifs tels que des batteries. Le dispositif de stockage peut être thermique, la chaleur produite par le thermique solaire pouvant être stockée par exemple sur des matériaux à changement de phase. Le dispositif de stockage peut encore être mécanique avec par exemple un stockage d'énergie sous la forme d'air comprimé ou d'eau relevée dans un barrage hydroélectrique. Cette énergie stockée est restituée à la source d'irradiation activant le photocatalyseur. Le principe est de constituer une réserve d'énergie exploitable en continu afin de pallier au problème de l'intermittence du flux d'irradiation solaire. La possibilité de stocker une partie de l'énergie électrique produite par l'irradiation solaire permet ainsi de faire fonctionner le procédé de conversion photocatalytique en continu, notamment pendant la nuit.The improved overall energy efficiency is obtained in particular by the fact that the electrical energy produced by the solar irradiation is exclusively used either directly in step c), or temporarily stored in an electrical energy storage device before returning it. at the irradiation source of step c). According to the present invention, the electrical energy produced by the solar irradiation is therefore not introduced into the electrical distribution network. The storage device can be electrical, the electricity being directly stored in devices such as batteries. The storage device may be thermal, the heat produced by the solar thermal can be stored for example on phase change materials. The storage device can still be mechanical with, for example, energy storage in the form of compressed air or water collected in a hydroelectric dam. This stored energy is returned to the irradiation source activating the photocatalyst. The principle is to constitute a continuously exploitable energy reserve in order to overcome the problem of the intermittency of the solar irradiation flux. The possibility of storing part of the electrical energy produced by the solar irradiation thus makes it possible to operate the photocatalytic conversion process continuously, especially during the night.
La transformation de l'irradiation solaire en énergie électrique peut être effectuée par une technique photovoltaïque et/ou thermodynamique. On entend par technique photovoltaïque la transformation d'une partie de l'irradiation solaire en électricité par une cellule photovoltaïque utilisant l'effet photoélectrique.The transformation of solar irradiation into electrical energy can be carried out by a photovoltaic and / or thermodynamic technique. By photovoltaic technique is meant the transformation of part of the solar irradiation into electricity by a photovoltaic cell using the photoelectric effect.
Généralement, plusieurs cellules sont reliées entre elles dans un module solaire photovoltaïque, plusieurs modules solaires photovoltaïques sont eux-mêmes regroupés pour former une centrale solaire photovoltaïque. On entend par technique thermodynamique une technique qui utilise la chaleur de l'irradiation solaire pour produire de l'électricité, par exemple dans une centrale solaire thermodynamique. Le principe de la transformation se base sur le même principe qu'une centrale électrique classique (production de vapeur à haute pression qui est ensuite turbinée pour produire de l'électricité). De préférence, la transformation de l'irradiation solaire en énergie solaire est effectuée par une technique thermodynamique, notamment dans une centrale solaire 15 thermodynamique. Etape b: Transformation de l'énergie électrique en irradiation adaptée à l'activation du photocatalyseur Selon l'étape c) du procédé selon l'invention, on fournit une source d'irradiation qui 20 émet à une longueur d'onde nominale au maximum 50 nm inférieure à la longueur d'onde maximale absorbable par le photocatalyseur et qui produit une irradiation telle qu'au moins 50 % en nombre de photons sont absorbable par le photocatalyseur, puis on alimente ladite source d'irradiation au moins en partie par l'énergie électrique produite et/ou stockée à l'étape b). 25 Afin d'optimiser le rendement global énergétique du procédé selon l'invention, la source d'irradiation produit un rayonnement dont la longueur d'onde est adaptée à l'activation du photocatalyseur, c'est-à-dire qu'elle émet à une longueur d'onde nominale au maximum 50 nm inférieure à la longueur d'onde maximale absorbable 30 par le photocatalyseur et elle produit une irradiation telle qu'au moins 50 % en nombre de photons sont absorbable par le photocatalyseur. La longueur d'onde nominale de l'irradiation fournit par la source est au maximum 50 nm inférieure, de préférence au maximum 20 nm inférieure à la longueur d'onde maximale absorbable (et donc supérieure à l'énergie correspondante à la largeur de 35 bande interdite). A titre d'exemple, dans le cas d'un photocatalyseur à base de TiO2 ayant une bande interdite de 390 nm, la source d'irradiation produit de préférence une irradiation entre 370 et 390 nm. L'irradiation générée est telle qu'au moins 50% en nombre de photons, de préférence au moins 80%, de manière préférée au moins 90%, de manière très préférée au moins 95% en nombre de photons sont absorbable par le photocatalyseur. Autrement dit, au moins 50% des photons, de préférence au moins 80 %, de manière préférée au moins 90%, de manière très préférée au moins 95% des photons ont une énergie supérieure ou égale à la largeur de bande interdite dudit photocatalyseur.Generally, several cells are interconnected in a photovoltaic solar module, several solar photovoltaic modules are themselves grouped together to form a photovoltaic solar power plant. By thermodynamic technique is meant a technique that uses the heat of solar irradiation to produce electricity, for example in a thermodynamic solar power plant. The principle of transformation is based on the same principle as a conventional power plant (production of high pressure steam which is then turbined to produce electricity). Preferably, the transformation of solar irradiation into solar energy is carried out by a thermodynamic technique, in particular in a thermodynamic solar power plant. Step b: Transformation of the electrical energy into irradiation adapted to the activation of the photocatalyst According to step c) of the method according to the invention, an irradiation source is provided which emits at a maximum nominal wavelength. 50 nm less than the maximum wavelength absorbable by the photocatalyst and which produces an irradiation such that at least 50% in number of photons are absorbable by the photocatalyst, then said irradiation source is fed at least in part by the photocatalyst, electrical energy produced and / or stored in step b). In order to optimize the overall energy yield of the process according to the invention, the irradiation source produces a radiation whose wavelength is adapted to the activation of the photocatalyst, that is to say that it emits at a nominal wavelength at most 50 nm less than the maximum wavelength absorbable by the photocatalyst and produces an irradiation such that at least 50% by number of photons are absorbable by the photocatalyst. The nominal wavelength of the irradiation provided by the source is at most 50 nm less, preferably at most 20 nm less than the maximum wavelength absorbable (and therefore greater than the energy corresponding to the width of 35 nm. forbidden band). By way of example, in the case of a TiO 2 photocatalyst having a band gap of 390 nm, the irradiation source preferably produces an irradiation between 370 and 390 nm. The irradiation generated is such that at least 50% by number of photons, preferably at least 80%, preferably at least 90%, very preferably at least 95% by number of photons are absorbable by the photocatalyst. In other words, at least 50% of the photons, preferably at least 80%, preferably at least 90%, very preferably at least 95% of the photons have an energy greater than or equal to the forbidden band width of said photocatalyst.
Selon une première variante, la source d'irradiation peut être une source monochromatique. On entend par source d'irradiation monochromatique une source émettant des photons à une longueur d'onde donnée, aussi appelée longueur d'onde nominale. Dans ce cas, la source d'irradiation est de préférence de type laser.According to a first variant, the irradiation source may be a monochromatic source. By monochromatic irradiation source is meant a source emitting photons at a given wavelength, also called nominal wavelength. In this case, the irradiation source is preferably of the laser type.
Selon une deuxième variante, la source d'irradiation émet des photons dans une gamme de longueur d'onde de plus ou moins 50 nm, de manière préférée de plus ou moins 20 nm, par rapport à la longueur d'onde nominale. Dans ce cas, la source d'irradiation est de préférence de type diode électroluminescente (DEL, ou LED en anglais pour Light-Emitting Diode). De manière préférée, la source d'irradiation utilisée dans le procédé selon l'invention est de type diode électroluminescente.According to a second variant, the irradiation source emits photons in a wavelength range of plus or minus 50 nm, preferably plus or minus 20 nm, with respect to the nominal wavelength. In this case, the irradiation source is preferably of the light-emitting diode type (LED, or LED in English for Light-Emitting Diode). Preferably, the irradiation source used in the process according to the invention is of the electroluminescent diode type.
On peut utiliser une ou plusieurs sources d'irradiation. Selon une première variante, la source d'irradiation peut être centralisée, comme dans le cas d'un laser unique. Selon une autre variante, la source d'irradiation peut être dispersée, comme dans le cas d'une multitude de diodes électroluminescentes. Le rendement énergétique de la source lumineuse est défini par l'équation suivante : 1 1 irradiation - Pflux lumineux relectrique Avec P flux lumineux la puissance de l'irradiation de la source lumineuse en Watt et Pelectrique la puissance consommée par la source lumineuse. Le rendement énergétique de la source d'irradiation est supérieur à 20%, de manière préférée 30%.One or more sources of irradiation can be used. According to a first variant, the irradiation source can be centralized, as in the case of a single laser. According to another variant, the irradiation source can be dispersed, as in the case of a multitude of light-emitting diodes. The energy efficiency of the light source is defined by the following equation: 1 1 irradiation - Reflectric light flux With P luminous flux the power of the irradiation of the light source in watts and electric the power consumed by the light source. The energy yield of the irradiation source is greater than 20%, preferably 30%.
La source d'irradiation est au moins en partie, et de préférence complètement alimentée par l'énergie électrique produite et/ou stockée à l'étape b) provenant directement de la transformation de l'irradiation solaire. Si l'irradiation solaire est disponible (généralement pendant le jour), la source 5 d'irradiation est de préférence alimentée par l'énergie électrique provenant directement de la transformation de l'irradiation solaire (sans stockage). Si l'irradiation solaire n'est pas disponible (généralement pendant la nuit), la source d'irradiation est de préférence alimentée par l'énergie électrique stockée dans le dispositif de stockage. 10 La source d'irradiation peut également être alimentée simultanément par l'énergie électrique provenant directement de la transformation de l'irradiation solaire et par l'énergie électrique stockée. Selon une autre variante, une partie de l'énergie électrique alimentant la source 15 d'irradiation de l'étape c) peut provenir d'une autre source énergétique telle qu'une énergie renouvelable non solaire et/ou une énergie conventionnelle. Dans ce cas, l'apport d'énergie électrique se fait de préférence par une énergie renouvelable non solaire. Parmi les énergies renouvelables permettant de produire de l'énergie électrique 20 alimentant la source d'irradiation en plus de l'énergie solaire, on peut citer l'énergie éolienne, l'énergie hydraulique ou hydroélectricité, l'énergie géothermique et/ou la biomasse. Parmi les énergies conventionnelles permettant de produire de l'énergie électrique alimentant la source d'irradiation en plus de l'énergie solaire, on peut citer l'énergie 25 fossile (pétrole, gaz,...), l'énergie nucléaire, l'énergie thermique (cycle de Rankine à la vapeur, cycle organique de Rankine, moteur Stirling, valorisation de calories sur des fumées,...). Si besoin, l'énergie électrique issue du réseau de distribution électrique (par exemple dans le cas d'une valorisation des excédents de production électrique) peut également alimenter la source d'irradiation. 30 Les énergies renouvelables non solaires et/ou conventionnelles peuvent être utilisées seules ou en combinaison de deux ou plusieurs d'entre elles dans des proportions égales ou différentes pour compléter le besoin en énergie électrique permettant d'alimenter la source d'irradiation. La source d'irradiation est ainsi alimentée au moins en partie, et de préférence complètement par l'énergie électrique produite et/ou stockée à l'étape a) provenant directement de la transformation de l'irradiation solaire. Si l'apport d'énergie électrique n'est pas suffisant, un apport d'énergie électrique peut être effectué par l'énergie électrique provenant d'une énergie renouvelable non solaire et/ou d'une énergie conventionnelle. Cette flexibilité supplémentaire permet d'opérer le procédé de l'invention en continu afin de palier au phénomène d'intermittence de la source d'énergie solaire. Conversion photocatalvtique d'un réactif en produit(s) Selon l'étape d) du procédé selon l'invention, on effectue la conversion photocatalytique dudit réactif en présence dudit photocatalyseur activé par ladite source d'irradiation. L'irradiation générée, de longueur d'onde adaptée, permet de conduire une réaction photocatalytique donnée. Le photocatalyseur possède les propriétés électroniques (niveau de bandes de valence et de conduction) adaptées aux réactions de conversion de la molécule. Le procédé selon l'invention s'applique à toute réaction photocatalytique qui est thermodynamiquement possible. Généralement les procédés photocatalytiques trouvent une application dans la production d'énergie (par exemple dihydrogène) ou encore dans la dépollution. On peut notamment citer la dissociation d'eau (H2O) en dihydrogène (H2) et en dioxygène (02), la dissociation d'hydrogène sulfuré (H2S) en dihydrogène (H2) et en soufre élémentaire (S) ou encore la réduction du dioxyde de carbone (CO2) avec de l'eau pour la production d'hydrocarbures.The irradiation source is at least partly, and preferably completely powered by the electrical energy produced and / or stored in step b) directly from the transformation of the solar irradiation. If solar irradiation is available (generally during the day), the irradiation source is preferably supplied with electrical energy directly from the transformation of solar irradiation (without storage). If solar irradiation is not available (generally during the night), the irradiation source is preferably supplied by the electrical energy stored in the storage device. The irradiation source can also be fed simultaneously with the electrical energy directly from the transformation of the solar irradiation and the stored electrical energy. According to another variant, a portion of the electrical energy supplying the irradiation source of step c) may come from another energy source such as non-solar renewable energy and / or conventional energy. In this case, the supply of electrical energy is preferably by non-solar renewable energy. Among the renewable energies that make it possible to produce electrical energy supplying the irradiation source in addition to solar energy, mention may be made of wind energy, hydropower or hydroelectricity, geothermal energy and / or biomass. Among the conventional energies for producing electrical energy supplying the irradiation source in addition to solar energy, mention may be made of fossil energy (petroleum, gas, etc.), nuclear energy, thermal energy (Rankine steam cycle, organic Rankine cycle, Stirling engine, calorific value on fumes, ...). If necessary, the electrical energy from the electrical distribution network (for example in the case of a recovery of surplus electricity production) can also supply the source of irradiation. Non-solar and / or conventional renewable energies may be used alone or in combination of two or more of them in equal or different proportions to supplement the need for electrical energy to supply the irradiation source. The irradiation source is thus fed at least in part, and preferably completely, by the electrical energy produced and / or stored in step a) directly from the transformation of the solar irradiation. If the supply of electrical energy is not sufficient, a supply of electrical energy can be made by the electrical energy from a non-solar renewable energy and / or a conventional energy. This additional flexibility makes it possible to operate the process of the invention continuously in order to overcome the phenomenon of intermittency of the solar energy source. Photocatalvtic conversion of a reagent into product (s) According to step d) of the process according to the invention, the photocatalytic conversion of said reagent is carried out in the presence of said photocatalyst activated by said irradiation source. The irradiation generated, of suitable wavelength, makes it possible to conduct a given photocatalytic reaction. The photocatalyst has the electronic properties (level of valence and conduction bands) adapted to the conversion reactions of the molecule. The process according to the invention is applicable to any photocatalytic reaction which is thermodynamically possible. Generally photocatalytic processes find an application in the production of energy (for example dihydrogen) or in the depollution. We can notably mention the dissociation of water (H2O) in dihydrogen (H2) and dioxygen (02), the dissociation of hydrogen sulphide (H2S) in dihydrogen (H2) and elemental sulfur (S) or the reduction of carbon dioxide (CO2) with water for the production of hydrocarbons.
Le photocatalyseur employé peut-être tout matériau semi-conducteur ou d'assemblages de matériaux semi-conducteurs absorbants dans le rayonnement UV et/ou le rayonnement visible et possédant un niveau de bande de conduction et de valence adapté à la thermodynamique de la réaction. De manière préférée, le photocatalyseur est un semi-conducteur absorbant dans le rayonnement UV. En effet, l'augmentation du rendement énergétique global en effectuant le procédé selon l'invention est particulièrement favorable dans le cas d'un photocatalyseur absorbant dans le rayonnement UV. Le photocatalyseur peut de manière avantageuse être associé à des particules 5 métalliques ou des composés organiques absorbants des photons de longueur d'onde définie. Le photocatalyseur peut être par exemple choisi parmi le TiO2, le ZnS, le ZnO, le W03, le MoSx, le Fe2O3, le CdS, utilisé seul ou en mélange. Dans une variante de l'invention, le système photocatalytique est composé de particules métalliques de platine ou de rhodium déposées sur un oxyde de titane semi10 conducteur. Le photocatalyseur peut être préparé selon tout mode de préparation connu de l'homme du métier. 15 La figure 1 présente schématiquement le procédé selon l'invention. Il consiste en l'enchaînement de la transformation de l'irradiation solaire en énergie électrique dans un convertisseur (1000) complétée par un stockage d'énergie électrique provenant de l'irradiation solaire dans le dispositif de stockage (2000), ladite énergie électrique alimentant une source lumineuse (3000) dont la fonction est 20 d'activer un procédé de conversion d'un réactif dans un dispositif photocatalytique (4000). Selon l'étape b) du procédé selon l'invention, on transforme l'irradiation solaire (100) en énergie électrique (400) dans le convertisseur (1000). Le convertisseur (1000) 25 peut être un dispositif photovoltaïque ou un dispositif solaire thermodynamique. Pour palier à la possible intermittence du flux d'irradiation solaire (100), on peut avoir recours à un dispositif de stockage (2000) dans lequel est stockée au moins une partie de l'énergie électrique issue de la transformation de l'irradiation solaire. Le 30 principe est de constituer une réserve d'énergie exploitable en continu. Le dispositif de stockage (2000) est alimenté par l'électricité (300) produite par le convertisseur (1000). La restitution de l'énergie stockée se fait par alimentation directe (303) de la source (3000) en cas de besoin, notamment durant la nuit. Selon l'étape c) du procédé selon l'invention, la source d'irradiation (3000) est ainsi 35 alimentée au moins en partie, et de préférence complètement par l'énergie électrique produite (400) et/ou stockée (303) à l'étape b) provenant directement de la transformation de l'irradiation solaire. Si l'apport d'énergie électrique n'est pas suffisant, un apport d'énergie électrique peut être effectué par l'énergie électrique provenant d'une énergie renouvelable non solaire et/ou d'une énergie conventionnelle (150) ou encore par un apport d'énergie électrique issue du réseau de distribution électrique (200). La source d'irradiation (3000) produit un rayonnement (500) dont la longueur d'onde est adaptée au système photocatalytique (4000). Cette production est soit centralisée, comme dans le cas d'un laser unique alimentant un réseau de fibres optiques distribuées dans le dispositif photocatalytique (4000), soit dispersée. Dans ce dernier cas le dispositif photocatalytique (4000) est alimenté par une multitude de sources dispersées en son sein, comme par exemple des diodes électroluminescentes dispersées dans le milieu réactionnel.The photocatalyst employed may be any semiconductor material or semiconductor material assemblies absorbing in the UV radiation and / or visible radiation and having a conduction band and valence level suitable for the thermodynamics of the reaction. Preferably, the photocatalyst is an absorbing semiconductor in the UV radiation. Indeed, the increase in overall energy efficiency by carrying out the process according to the invention is particularly favorable in the case of an absorbing photocatalyst in the UV radiation. The photocatalyst may advantageously be associated with metal particles or organic compounds absorbing photons of defined wavelength. The photocatalyst may for example be selected from TiO2, ZnS, ZnO, WO3, MoSx, Fe2O3, CdS, used alone or as a mixture. In a variant of the invention, the photocatalytic system is composed of platinum or rhodium metal particles deposited on a semi-conductive titanium oxide. The photocatalyst may be prepared according to any method of preparation known to those skilled in the art. Figure 1 schematically shows the process according to the invention. It consists of the sequence of the transformation of the solar irradiation into electrical energy in a converter (1000) supplemented by a storage of electrical energy from the solar irradiation in the storage device (2000), said electrical energy supplying a light source (3000) whose function is to activate a process for converting a reagent into a photocatalytic device (4000). According to step b) of the method according to the invention, the solar radiation (100) is transformed into electrical energy (400) in the converter (1000). The converter (1000) may be a photovoltaic device or a thermodynamic solar device. To overcome the possible intermittency of the solar irradiation flux (100), it is possible to use a storage device (2000) in which at least a portion of the electrical energy resulting from the transformation of the solar irradiation is stored. . The principle is to constitute a continuously exploitable energy reserve. The storage device (2000) is powered by the electricity (300) produced by the converter (1000). The restitution of the stored energy is done by direct supply (303) of the source (3000) in case of need, especially during the night. According to step c) of the method according to the invention, the irradiation source (3000) is thus fed at least in part, and preferably completely, by the electrical energy produced (400) and / or stored (303). in step b) directly from the transformation of the solar irradiation. If the supply of electrical energy is not sufficient, a supply of electrical energy can be made by the electrical energy from a non-solar renewable energy and / or a conventional energy (150) or by a supply of electrical energy from the electrical distribution network (200). The irradiation source (3000) produces a radiation (500) whose wavelength is adapted to the photocatalytic system (4000). This production is either centralized, as in the case of a single laser supplying a network of optical fibers distributed in the photocatalytic device (4000), or dispersed. In the latter case, the photocatalytic device (4000) is powered by a multitude of sources dispersed therein, such as, for example, light-emitting diodes dispersed in the reaction medium.
Selon l'étape d) du procédé selon l'invention, on effectue la conversion photocatalytique dudit réactif en produit(s) en présence d'un photocatalyseur activé par ladite source d'irradiation. Le dispositif photocatalytique (4000) comporte un photocatalyseur excitable par la ou les sources d'irradiation (3000). Sa fonction est de convertir un ou des réactifs (600) en produits (601). Dans le cas où l'on réalise la photolyse de l'eau par exemple, le flux (600) est composé d'eau et le flux (601) d'un mélange d'eau, d'hydrogène et d'oxygène. Les exemples suivants illustrent l'invention sans en limiter la portée. EXEMPLES Exemple 1 : Dissociation de l'eau en dihydrogène et dioxygène par irradiation 25 solaire sur un matériau photocatalytique (non conforme à l'invention). Sous irradiation solaire AM1.5 (selon norme ASTM G173-03) normalisée à 1000 W/m2, on met en oeuvre un photocatalyseur à base de rhodium sur TiO2 de type anatase. Le mode de préparation du photocatalyseur ainsi que le procédé expérimental de dissociation de l'eau est décrit dans J. Chem. Soc., Faraday Trans.According to step d) of the process according to the invention, the photocatalytic conversion of said reagent into product (s) is carried out in the presence of a photocatalyst activated by said irradiation source. The photocatalytic device (4000) comprises a photocatalyst excitable by the irradiation source (s) (3000). Its function is to convert one or more reactants (600) into products (601). In the case where the photolysis of water is carried out for example, the stream (600) is composed of water and the stream (601) of a mixture of water, hydrogen and oxygen. The following examples illustrate the invention without limiting its scope. EXAMPLES Example 1: Dissociation of water into dihydrogen and dioxygen by solar irradiation on a photocatalytic material (not in accordance with the invention). Under AM1.5 solar irradiation (according to ASTM G173-03 standard) standardized at 1000 W / m2, a rhodium-based photocatalyst on anatase TiO 2 is used. The mode of preparation of the photocatalyst as well as the experimental method of dissociation of water is described in J. Chem. Soc., Faraday Trans.
30 I, 1985, 81, p. 1237-1246. La largeur de bande interdite du photocatalyseur Rh/TiO2 anatase est déterminée à 3,2eV par spectroscopie en réflexion diffuse, ainsi seuls les photons de longueur d'onde inférieure à 390 nm sont absorbés par le photocatalyseur. Sous irradiation solaire AM1.5, on compte 1,33.1020 photons/s/m2 de longueur d'onde supérieure à 390 nm, soit 2,21.104 E/s/m2 (avec E, l'unité "Einstein" correspondant à 1mol de photons). Le rendement quantique apparent est défini comme étant le ratio entre le nombre d'actes réactionnels et le nombre de photons incidents au système réactionnel. Le photocatalyseur Rh/TiO2 possède un rendement quantique apparent de 29% pour la photodissociation de l'eau telle que décrite dans J. Chem. Soc., Faraday Trans. I, 1985, 81, p. 1237-1246. Ainsi, la mise en oeuvre de la réaction sous irradiation AM1.5 produit 6,4.10-e mol H2/s/m2. Le pouvoir calorifique inférieur (PCI, ou en anglais lower heating value : LHV) du dihydrogène est égale à 119,93 kJ/g ou 239,86 kJ/mol à 25°C et 1 atm. Ainsi, la production de dihydrogène par la mise en oeuvre décrite dans cet exemple permet de produire 15,4 W/m2 sous irradiation solaire AM1.5 à 1000 W/m2. Exemple 2 : Dissociation de l'eau en dihydrogène et dioxygène par excitation 15 d'un photocatalyseur par une source DEL alimentée par une centrale thermodynamique sous irradiation solaire (conforme à l'invention). Sous irradiation solaire AM1.5 (selon norme ASTM G173-03) normalisée à 1000 W/m2, une centrale thermodynamique à sels fondus est utilisée pour fournir une puissance électrique. Telle que décrite dans les Techniques de l'ingénieur (A.I, 1985, 81, p. 1237-1246. The bandgap width of the anatase Rh / TiO2 photocatalyst is determined at 3.2eV by diffuse reflection spectroscopy, so only photons of wavelength less than 390 nm are absorbed by the photocatalyst. Under AM1.5 solar irradiation, there are 1.33.1020 photons / s / m2 of wavelength greater than 390 nm, ie 2.21.104 E / s / m2 (with E, the "Einstein" unit corresponding to 1 mol of photons). The apparent quantum efficiency is defined as the ratio between the number of reactions and the number of photons incident to the reaction system. The photocatalyst Rh / TiO 2 has an apparent quantum yield of 29% for the photodissociation of water as described in J. Chem. Soc., Faraday Trans. I, 1985, 81, p. 1237-1246. Thus, the implementation of the reaction under irradiation AM1.5 produces 6.4.10-e mol H2 / s / m2. The lower heating value (LHV) of the dihydrogen is equal to 119.93 kJ / g or 239.86 kJ / mol at 25 ° C and 1 atm. Thus, the production of dihydrogen by the implementation described in this example makes it possible to produce 15.4 W / m2 under AM1.5 solar irradiation at 1000 W / m2. EXAMPLE 2 Dissociation of water with dihydrogen and dioxygen by excitation of a photocatalyst by an LED source supplied by a thermodynamic power plant under solar irradiation (according to the invention). Under AM1.5 solar irradiation (according to ASTM G173-03 standard) standardized at 1000 W / m2, a molten salt thermodynamic power plant is used to provide electric power. As described in Engineering Techniques (A.
20 Ferrière, Centrale solaire thermodynamique, BE 8903), cette centrale présente un rendement de cycle de 38% et permet donc de produire 380 W/m2. On met en oeuvre le même photocatalyseur à base de rhodium sur TiO2 de type anatase que dans l'exemple 1. Le photocatalyseur est irradié par un panneau de DEL UV (HPL-H40X1VBRO, High 25 Power Lighting Corporation) délivrant chacune 520 mW de flux radiant (gamme de photons de 370 à 390 nm) à un courant de 150 mA et une tension de 11 V. Soit un rendement énergétique du système d'irradiation de 31,5%. Ainsi, une puissance d'alimentation de 380 W/m2 permet de générer 119,7 W/m2 d'une irradiation composée de photons de longueurs d'onde entre 370 et 390 nm, soit 2,29.1020 30 photons/s/m2 et donc 3,81.104 E/s/m2 (avec E, l'unité "Einstein" correspondant à 1mol de photons). Le rendement quantique apparent est défini comme étant le ratio entre le nombre d'actes réactionnels et le nombre de photons incidents au système réactionnel. Le photocatalyseur Rh/TiO2 possède un rendement quantique apparent de 29% pour la 35 photodissociation de l'eau telle que décrite dans J. Chem. Soc., Faraday Trans. I, 1985, 81, p. 1237-1246. Ainsi, la mise en oeuvre de la réaction sous irradiation UV produit 1,1.10-4 mol H2/s/m2. Le pouvoir calorifique inférieur (PCI, ou en anglais lower heating value : LHV) du dihydrogène est égale à 119,93 kJ/g ou 239,86 kJ/mol à 25°C et 1 atm. Ainsi, la production de dihydrogène par la mise en oeuvre décrite dans cet exemple permet de produire 26,5 W/m2 sous irradiation UV alimentée par une centrale solaire thermodynamique à sels fondus sous irradiation solaire AM1.5 à 1000 W/m2. Exemple 3 : Dissociation de l'eau en dihydrogène et dioxygène par excitation 10 d'un photocatalyseur par une source DEL alimentée par une centrale thermodynamique sous irradiation solaire muni d'un système de stockage (conforme à l'invention). Sous irradiation solaire AM1.5 (selon norme ASTM G173-03) normalisée à 1000 W/m2, une centrale thermodynamique à sels fondus muni d'un système de stockage 15 de la chaleur, telle que décrite dans les Techniques de l'ingénieur (A. Ferrière, Centrale solaire thermodynamique, BE 8903), est utilisée pour fournir une puissance électrique. L'avantage de doter une centrale solaire thermodynamique d'un stockage de chaleur est de pouvoir accumuler de l'énergie thermique pendant les heures d'irradiation et de restituer cette chaleur en continue à un cycle thermodynamique 20 pour la production d'électricité. Cette centrale présente ainsi un rendement annuel solaire/électricité de 16% et permet donc de produire 160 W/m2 en continu. On met en oeuvre le même photocatalyseur à base de rhodium sur TiO2 de type anatase que dans les exemples 1 et 2. Le photocatalyseur est irradié par un panneau de DEL UV (HPL-H40X1VBRO, High 25 Power Lighting Corporation) délivrant chacune 520 mW de flux radiant (gamme de photons de 370 à 390 nm) à un courant de 150 mA et une tension de 11 V. Soit un rendement énergétique du système d'irradiation de 31,5%. Ainsi, une puissance d'alimentation de 160 W/m2 permet de générer 50,4 W/m2 d'une irradiation composée de photons de longueurs d'onde entre 370 et 390 nm, soit 5,22.1019 30 photons/s/m2 et donc 1,6.10-4 E/s/m2 (avec E, l'unité "Einstein" correspondant à 1 mol de photons). Le rendement quantique apparent est défini comme étant le ratio entre le nombre d'actes réactionnels et le nombre de photons incidents au système réactionnel. Le photocatalyseur Rh/TiO2 possède un rendement quantique apparent de 29% pour la 35 photodissociation de l'eau telle que décrite dans J. Chem. Soc., Faraday Trans. I, 1985, 81, p. 1237-1246. Ainsi, la mise en oeuvre de la réaction sous irradiation UV produit 4,6.10-5 mol H2/s/m2. Le pouvoir calorifique inférieur (PCI, ou en anglais lower heating value : LHV) du dihydrogène est égale à 119,93 kJ/g ou 239,86 kJ/mol à 25°C et 1 atm. Ainsi, la production de dihydrogène par la mise en oeuvre décrite dans cet exemple permet de produire 11,2 W/m2 sous irradiation UV alimentée par une centrale solaire thermodynamique à sels fondus munie d'un système de stockage du courant sous irradiation solaire AM1.5 à 1000 W/m2. Le tableau 1 ci-dessous résume les performances des systèmes décrits dans les 10 exemples Tableau 1 : Rendements énergétiques Exemples Intermittence du Puissance générée en procédé W/m2 sous irradiation AM1.5 Exemple 1 (non conforme à Oui 15,4 l'invention) Exemple 2 (conforme à Oui 26,5 l'invention) Exemple 3 (conforme à Non 11,2 l'invention) L'exemple 2 selon l'invention illustre un gain en rendement énergétique du procédé photocatalytique selon l'invention par rapport à une mise en oeuvre classique (exemple 15 1). L'exemple 3 selon l'invention propose un procédé photocatalytique non soumis aux intermittance jour/nuit de l'irradiation solaire sans perte importante de rendement comparée à une mise en oeuvre classique (exemple 1). 20 2520 Ferrière, thermodynamic solar power station, BE 8903), this plant has a cycle efficiency of 38% and thus makes it possible to produce 380 W / m2. The same anatase-type rhodium-based photocatalyst is used as in Example 1. The photocatalyst is irradiated with a UV LED panel (HPL-H40X1VBRO, High Power Lighting Corporation) each delivering 520 mW of flux. radiant (range of photons from 370 to 390 nm) at a current of 150 mA and a voltage of 11 V. That is an energy yield of the irradiation system of 31.5%. Thus, a power supply of 380 W / m2 makes it possible to generate 119.7 W / m2 of an irradiation composed of photons of wavelengths between 370 and 390 nm, ie 2.29 × 10 30 30 photons / s / m 2 and therefore 3,81,104 E / s / m2 (with E, the unit "Einstein" corresponding to 1mol of photons). The apparent quantum efficiency is defined as the ratio between the number of reactions and the number of photons incident to the reaction system. The photocatalyst Rh / TiO 2 has an apparent quantum yield of 29% for photodissociation of water as described in J. Chem. Soc., Faraday Trans. I, 1985, 81, p. 1237-1246. Thus, the implementation of the reaction under UV irradiation produces 1.1 × 10 -4 mol H 2 / s / m 2. The lower heating value (LHV) of the dihydrogen is equal to 119.93 kJ / g or 239.86 kJ / mol at 25 ° C and 1 atm. Thus, the production of dihydrogen by the implementation described in this example makes it possible to produce 26.5 W / m 2 under UV irradiation fed by a solar thermal power plant with melted salts under AM1.5 solar irradiation at 1000 W / m2. EXAMPLE 3 Dissociation of water with dihydrogen and dioxygen by excitation of a photocatalyst by an LED source supplied by a thermodynamic power plant under solar irradiation provided with a storage system (in accordance with the invention). Under solar irradiation AM1.5 (according to standard ASTM G173-03) normalized to 1000 W / m2, a molten salt thermodynamic plant equipped with a heat storage system, as described in the techniques of the engineer ( A. Ferrière, Solar Thermal Power Plant, BE 8903), is used to supply electrical power. The advantage of providing a thermodynamic solar power plant with heat storage is to be able to accumulate thermal energy during the hours of irradiation and to restore this heat continuously to a thermodynamic cycle for the production of electricity. This plant has an annual solar / electricity yield of 16% and can therefore produce 160 W / m2 continuously. The same anatase type rhodium-based rhodium photocatalyst is used as in Examples 1 and 2. The photocatalyst is irradiated by a UV LED panel (HPL-H40X1VBRO, High Power Lighting Corporation) each delivering 520 mW of radiant flux (range of photons from 370 to 390 nm) at a current of 150 mA and a voltage of 11 V. That is an energy efficiency of the irradiation system of 31.5%. Thus, a power supply of 160 W / m2 makes it possible to generate 50.4 W / m2 of irradiation composed of photons of wavelengths between 370 and 390 nm, ie 5.22 × 10 19 30 photons / s / m 2 and therefore 1.6.10-4 E / s / m2 (with E, the unit "Einstein" corresponding to 1 mol of photons). The apparent quantum efficiency is defined as the ratio between the number of reactions and the number of photons incident to the reaction system. The photocatalyst Rh / TiO 2 has an apparent quantum yield of 29% for photodissociation of water as described in J. Chem. Soc., Faraday Trans. I, 1985, 81, p. 1237-1246. Thus, the implementation of the reaction under UV irradiation produces 4.6 × 10 -5 mol H 2 / s / m 2. The lower heating value (LHV) of the dihydrogen is equal to 119.93 kJ / g or 239.86 kJ / mol at 25 ° C and 1 atm. Thus, the production of dihydrogen by the implementation described in this example makes it possible to produce 11.2 W / m 2 under UV irradiation fed by a thermodynamic solar melts salt plant provided with a system for storing the current under solar irradiation AM1. 5 to 1000 W / m2. Table 1 below summarizes the performances of the systems described in the examples. Table 1: Energy yields Examples Intermittence of the Power generated in the W / m2 process under AM1.5 irradiation Example 1 (not in accordance with the invention) Example 2 (according to Yes 26.5 the invention) Example 3 (according to No. 11.2 the invention) Example 2 according to the invention illustrates a gain in energy efficiency of the photocatalytic process according to the invention compared to a typical implementation (example 1). Example 3 according to the invention provides a photocatalytic process not subject to day / night intermittence of solar irradiation without significant loss of efficiency compared to a conventional implementation (Example 1). 20 25
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113952908A (en) * | 2021-10-08 | 2022-01-21 | 浙江高晟光热发电技术研究院有限公司 | Photocatalytic hydrogen production device and hydrogen production system |
| EP3981738A1 (en) * | 2020-10-11 | 2022-04-13 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Hydrogen gas producing apparatus using photocatalyst |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4610766A (en) * | 1985-06-11 | 1986-09-09 | Phillips Petroleum Company | Photochemical production of hydrogen from hydrogen sulfide |
| WO2000064818A1 (en) * | 1999-04-23 | 2000-11-02 | Atlantium Ltd. | Method for disinfecting and purifying liquids and gasses |
| US20030150708A1 (en) * | 2000-07-12 | 2003-08-14 | Fink Ronald G. | Air treatment apparatus |
| WO2007077366A2 (en) * | 2005-12-26 | 2007-07-12 | Compagnie Europeenne Des Technologies De L'hydrogene (Ceth) | Process and equipment for producing hydrogen from solar energy |
| CN101623644A (en) * | 2009-08-10 | 2010-01-13 | 西安建筑科技大学 | Preparation for compound hollow sphere CdS-TiO* and application in photocatalytic hydrogen production by water decomposition |
| US20110038754A1 (en) * | 2009-08-12 | 2011-02-17 | Neverest Travel Solutions Corp. | Bottle, system and method for sterilizing a liquid |
| WO2011101676A1 (en) * | 2010-02-18 | 2011-08-25 | Microsharp Corporation Limited | Hydrogen generation system |
| CN102266789A (en) * | 2010-06-07 | 2011-12-07 | 付文甫 | Renewable photocatalyst for decomposing hydrogen sulfide to prepare hydrogen |
| WO2012168355A1 (en) * | 2011-06-08 | 2012-12-13 | Antecy B.V. | Direct photoconversion of carbon dioxide to liquid products |
-
2013
- 2013-07-30 FR FR1357495A patent/FR3009427B1/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4610766A (en) * | 1985-06-11 | 1986-09-09 | Phillips Petroleum Company | Photochemical production of hydrogen from hydrogen sulfide |
| WO2000064818A1 (en) * | 1999-04-23 | 2000-11-02 | Atlantium Ltd. | Method for disinfecting and purifying liquids and gasses |
| US20030150708A1 (en) * | 2000-07-12 | 2003-08-14 | Fink Ronald G. | Air treatment apparatus |
| WO2007077366A2 (en) * | 2005-12-26 | 2007-07-12 | Compagnie Europeenne Des Technologies De L'hydrogene (Ceth) | Process and equipment for producing hydrogen from solar energy |
| CN101623644A (en) * | 2009-08-10 | 2010-01-13 | 西安建筑科技大学 | Preparation for compound hollow sphere CdS-TiO* and application in photocatalytic hydrogen production by water decomposition |
| US20110038754A1 (en) * | 2009-08-12 | 2011-02-17 | Neverest Travel Solutions Corp. | Bottle, system and method for sterilizing a liquid |
| WO2011101676A1 (en) * | 2010-02-18 | 2011-08-25 | Microsharp Corporation Limited | Hydrogen generation system |
| CN102266789A (en) * | 2010-06-07 | 2011-12-07 | 付文甫 | Renewable photocatalyst for decomposing hydrogen sulfide to prepare hydrogen |
| WO2012168355A1 (en) * | 2011-06-08 | 2012-12-13 | Antecy B.V. | Direct photoconversion of carbon dioxide to liquid products |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3981738A1 (en) * | 2020-10-11 | 2022-04-13 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Hydrogen gas producing apparatus using photocatalyst |
| JP2022063186A (en) * | 2020-10-11 | 2022-04-21 | トヨタ自動車株式会社 | Hydrogen gas production apparatus using photocatalyst |
| CN113952908A (en) * | 2021-10-08 | 2022-01-21 | 浙江高晟光热发电技术研究院有限公司 | Photocatalytic hydrogen production device and hydrogen production system |
| CN113952908B (en) * | 2021-10-08 | 2023-12-05 | 浙江高晟光热发电技术研究院有限公司 | Photocatalysis hydrogen production device and hydrogen production system |
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| FR3009427B1 (en) | 2016-11-11 |
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