L'hydrogène est l'un des carburants les plus propres, mais extraire l'hydrogène gazeux de l'eau demande beaucoup d'énergie. Des catalyseurs comme l'oxyde de cérium peuvent optimiser ce processus.
L'électrolyse de l'eau, qui sépare les molécules d'eau en hydrogène et oxygène sous l'effet d'un champ électrique, est un processus très lent et inefficace. Chauffer l'eau à très haute température est préférable, mais utiliser des combustibles fossiles annule les bénéfices écologiques, rendant le processus non neutre en CO2.
Une méthode "verte" consiste à chauffer l'eau entre 1 000 et 1 500 °C grâce à la lumière solaire, en ajoutant un catalyseur favorisant le transfert d'électrons. Les terres rares – comme le scandium, l'yttrium et les lanthanides du tableau périodique – sont idéales, car elles captent facilement les électrons.
L'oxyde de cérium s'avère l'un des meilleurs catalyseurs pour cette décomposition thermochimique solaire. Des chimistes américains ont élucidé le mécanisme : le cérium possède l'entropie la plus élevée parmi les terres rares, favorisant un haut niveau de désordre moléculaire. Cela facilite l'absorption d'un électron, rendant la séparation des molécules d'eau plus fluide.
Contrairement à d'autres éléments, le cérium offre des orbitales d'énergie multiples pour accueillir un électron supplémentaire, évitant les transitions trop contraignantes. Cette propriété est déterminante pour l'efficacité du fractionnement.
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