Hydrogen@home

Hydrogen@Home

Recherche du procédé le plus efficace pour produire de l'hydrogène sans rejeter de gaz à effet de serre.

L'hydrogène, élément présent en abondance sur Terre sous forme combinée, pourrait à terme remplacer nos carburants polluants à base de carbone.

Voir aussi les articles wikipédia : l'hydrogène comme vecteur d'énergie - économie hydrogène

 

INSCRIPTION

Télécharger BOINC (Tutorial)

URL du projet : http://hydrogenathome.org/

Code source ouvert, Autodock 4 (Open Source)

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Au vu des problèmes relatifs au réchauffement climatique et à la sécurité de l'approvisionnement énergétique, le bon sens serait de développer des technologies propres pour devenir indépendant du point de vue énergétique.

Hydrogen@Home étudie les technologies de production propre d'hydrogène pour une utilisation énergétique. L'hydrogène utilisé dans les technologies de piles à combustible n'émet aucun gaz à effet de serre. Cependant, la méthode la plus économique pour produire de l'hydrogène (le reformage du méthane) produit des gaz à effet de serre.

Dans le meilleur des cas, l'hydrogène de l'eau peut potentiellement ne produire aucun gaz à effet de serre. Une approche consiste à étudier les systèmes photobiologiques pour trouver des méthodes pour produire l'hydrogène de manière efficace. Les chercheurs ont déjà identifié les bactéries photosynthétiques capables de telles réactions.

Hydrogen@Home essaye de prévoir les réactions catalytiques non encore définis des biocatalyseurs. Il tentera de trouver la méthode la plus efficace pour produire de l'hydrogène.

Pour celà, Hydrogen@Home simule les interactions 3D des protéines et de leurs substrats. Les structures utilisées sont issues de la base de données des protéines PDB du Research Collaboratory for Structural Bioinformatics (RCSB).

Les simulations actuellement utilisées mettent en oeuvre une modélisation moléculaire appelée FTDock. Vous pouvez vous renseigner ici sur la façon dont FTDock est utilisé dans ce projet.

Davantage d'informations vous sont données en anglais par le groupe de modélisation moléculaire (Biomolecular Modelling Group)

 

 

L'équipe du projet :

Chef de projet

Jack Shultz

2000 : Diplomé de l'université du Vermont, Baccalauréat universitaire ès Sciences en Biologie

2004 - à aujourd'hui : Membre de la BIO-IT Coalition, un organisme professionnel d'universitaires et d'experts industriels en bio-informatique.

2004 - à aujourd'hui : Employé par l'Académie nationale à Washington , District de Columbia. Les membres de l'Académie nationale (NAS, NAE, IOM & NRC) sont des conseillers du gouvernement américain dans le domaine des sciences et des technologies. Je fournis un support technique au département des technologies de l'information.

2006 : Diplomé de l'université américaine d'un master scientifique centré sur les bio-technologies.

 

Testeur du projet : Aaron George Pollock

 

Recherche de volontaires pour les postes suivants !

  • Développeur d'application
  • Développeur de la simulation
  • Développeur du site internet
  • Expert en programmation
  • Testeur du projet
  • Sécurité du projet

 

 

Modélisation moléculaire : Exploration de données de l'Hydrogène à partir des Enzymes.

RESUME

Les méthodes propres et accessibles pour produire de l'énergie devraient être l'objectif technique prioritaire des prochaines années alors qu'émerge les problèmes liés à la fonte des glaces polaires probablement résultat de la combustion des hydrocarbures et que les prix de l'énergie montent en flèche. Parmi les nombreuses technologies alternatives à l'étude viennent les piles à combustible; cependant, le dilemme reste de savoir comment produire l'hydrogène recquis sans brûler d'hydrocarbures tout en le rendant économique. Cette étude développe et utilise des méthodes analytiques sur les protéines pour rechercher les enzymes qui ont la capacité de catalyser l'hydrogène pour produire des réactions en adaptant les algorithmes utilisés pour les interactions protéine-protéine. Une protéine membranaire pourrait détenir la clef de la production d'hydrogène. Identifier les structures des enzymes nous permet de tendre vers ce but ultime.

OBJECTIF

Parmi les plus grandes menaces faisant actuellement face à nos sociétés viennent les complications multiples liées à une économie dépendante du pétrole. Entre 1980 et 2003, la consommation mondiale de pétrole s'est accrue passant de 63 à 80 millions barils de pétrole consommés par jour, une augmentation d'environ 27%. En plus du pétrole, les hydrocarbures tels que le charbon, le gaz naturel, le kérosène, le propane, et le bois sont journalièrement consommés et voient leur utilisation s'accroitre d'années en années (Schéma 1).

Figure 1 : Indice de consommation standardisé d'hydrocarbures

Qu'est ce que le Btu? British thermal unit

Electricité ..... 3 412 Btu/Kilowatt-heure
Gaz Naturel..... 1,031 Btu/pied au carré (30 cm²)
Fioul No.1 ..... 135,000 Btu/gallon où 3214 Btu / baril
Kerosène ..... 135,000 Btu/gallon
Fioul No.2 ..... 138,690 Btu/gallon où 3302 Btu / baril
GPL (Propane) ..... 91,330 Btu/gallon
Bois ..... 20 million Btu/corde de bois (4 x 4 x 8 pieds)

On remarque clairement une corrélation entre l'augmentation de la population et la consommation énergétique (Schéma 2). Par la suite, le monde devrait manquer de pétrole et d'autres sources de gisements d'hydrocarbures naturels facilement exploitables. Au rythme actuelle de consommation en produits pétroliers, l'AIE (Agence internationale de l'énergie) estime que le pic de la production de pétrole se produira d'ici 2037, ensuite l'extraction du pétrole deviendra de moins en moins économique. La fin du pétrole dégagé des impératifs économiques est non imminente. Cependant, l'impact de la combustion des hydrocarbures peut contribuer aux problèmes environnementaux. Des modèles climatiques violents sont attribués aux changements climatiques.

Schéma 2 : Consommation d'énergie et population, l'énergie nucléaire est non incluse.

Selon l'agence de protection de l'environnement (EPA), depuis le début de la révolution industrielle, le taux de dioxyde de carbone (CO2) dans l'atmosphère a augmenté de 30% depuis la fin du XIXème siècle, les températures moyennes en surface ont augmenté de 0.5 à 1.0 degrés Fahrenheit. Comme la neige et la glace dans les régions nordiques fondent de plus en plus vite chaque année, le niveau des océans commence à s'élever. Au cours du XXème siècle le niveau moyen des mers a augmenté de 10 à 20 cm.

 

Shéma 3 : Résumé du forçage entre 1850 et 2000

 

Beaucoup d'incertitudes existent en ce qui concerne les changements climatiques mondiaux, bien que le dioxyde de carbone (CO2) soit largement responsable du réchauffement climatique. Un rapport du Conseil national de Recherche (NRC : National Research Council) a estimé les facteurs qui contribuent au réchauffement et les a normalisé en des éléments appelés Forçage climatique, qui mesure les perturbations énergétiques présentés dans un système de climat a mesuré dans des unités en watts par mètres carrés.

Les énergies renouvelables qui n'émettent aucun gaz à effet de serre sont la panacée dans la lutte contre le réchauffement climatique mondial. Mais le principal problème réside chez les économistes, ce qui est la principale cause de résistance contre elles. Parmi ces solutions de rechange, nous trouvons le solaire, le vent, la biomasse, la géothermie, l'hydraulique, et la force des marées. Certaines de ces technologies ont trouvé de petites niches dans le marché de l'énergie.

Les piles à combustible à hydrogène sont des dispositifs qui produisent du courant électrique en faisant réagir l'hydrogène avec
l'oxygène pour produire de l'eau. Comme ces piles à combustible ne brûlent pas d'hydrocarbures, elles paraissent attrayantes. Néanmoins, des problèmes techniques empêchent toujours le lancementde la technologie des piles à combustible.

Qu'est ce que la catalyse ?

Les catalyseurs caractérisent n'importe quelles substances qui réduisent la quantité d'énergie requise pour débuter une réaction.

Le laboratoire national sur les énergies renouvelables (NREL) a développé les piles à combustible à hydrogène et un programme d'infrastructure technologies afin d'aider l'industrie à développer des technologies pour stocker, produire et transporter l'hydrogène fabriqué à partir de ressources renouvelable dans des quantités suffisantes pour concurrencer les sources d'énergie traditionnelles telles que le charbon, le pétrole et le gaz naturel. Le but de la recherche du NREL à l'horizon 2015, faire passer le coût de la production d'hydrogène à 2,60 dollars par kilogramme d'hydrogène, ce qui correspond à l'équivalent énergétique d'un gallon de gaz.

La recherche scientifique peut examiner les moyens biochimiques d'identifier les mécanismes synthétiques de production rentables. Par exemple, la catalase d'enzymes est très efficace en catalysant la réaction de la décomposition du peroxyde d'hydrogène. Comme les peroxydes endommagent les cellules en les oxydants, la cellule doit se débarrasser rapidement du peroxyde. La catalase est intéressante parce qu'elle permet de s'approcher d'une des limites théoriques de l'efficacité des catalyses. Le taux de diffusion du substrat dans la partie active de l'enzyme est normalement le facteur limiteur de n'importe quelle réaction, environ 108 à 109 m-1 s-1.

En suivant cette logique selon laquelle les systèmes biologiques sont efficaces dans l'optimisation de l'efficience des réactions, les scientifiques du NREL ont su s'intéresser aux organismes biologiques et ont découvert des micro-organismes qui produisent l'hydrogène. Une bactérie appelé Rubrivivax gelatinosus est capable d'oxyder l'oxyde de carbone (Co) en anhydride carbonique, tout en réduisant simultanément l'eau en hydrogène. Par l'utilisation de ces bactéries, ils ont développé un bio-réacteur pour la production d'hydrogène capable de produire de l'H2 à un rythme de 0,80 millimole par minute et par gramme (± 0.13) à 5,5 bar et un oxyde de carbone variant de 8-99%. L'analyse du coût des bio-réacteurs pour la production d'hydrogène s'intéresse à différents scénarios. (Shéma 4)

Le scénario le plus rentable produit l'hydrogène dans un bassin sans ajout de pression à un rythme de 300 kg/jour, l'utilisation du sol revient à 1$ par mètre carré et par jour et le coût minimum de l'hydrogène à 0,57$/kilogramme. De nombreux obstacles techniques se dressent toujours devant ce scénario. Les systèmes standart de production d'hydrogène prennant en compte le coût d'utilisation du sol à 10$/m2/jour, l'unité de traitement par absorption à modulation de pression (PSA) pour comprimer à 20 MPa (une norme de stockage haute pression) une production de 300 kg/jour revient à un coût de 13.53$/kilogramme.

Méthode de conception
Investissements
Frais d'exploitation
Prix de vente minimum de l'hydrogène
300 kg/j, 10$/m², PSA, stockage haute pression
5,2 millions de $
119.000 $
13,53 $
600 kg/j, 10$/m², PSA, stockage haute pression
9,1 millions de $
214.000 $
11,96 $
300 Kg/j, 10$/m², PSA, pipeline de distribution

3,2 millions de $

131.000 $
5,92 $
300 Kg/j, 10$/m², stockage haute pression
5,0 millions de $
115.000 $
12,93 $
300 Kg/j, 10$/m², pipeline de distribution
2,9 millions de $
127.000 $
5,52 $
300 Kg/j, 10$/m², bassin seulement, pas de compression
1,9 millions de $
101.000 $
3,68 $
300 Kg/j, 1$/m², bassin seulement, pas de compression
0,2 million de $
51.000 $
0,57 $
300 Kg/j, 1$/m², PSA, stockage haute pression
3,5 millions de $
70.000 $
8,97 $
300 Kg/j, 1$/m², PSA, pipeline de distribution
1,5 millions de $
81.000 $
2,83 $
300 Kg/j, 100$/m², PSA, stockage haute pression
22,2 millions de $
614.000 $
439,00 $
Stockage haute pression seulement
3,0 millions de $
24.000 $
7,75 $
Pipeline de livraison, pas de limite de stockage
1,1 millions de $
47.000 $
2,04 $

Shéma 4 : prix de vente de l'hydrogène en provenance des bio-réacteurs