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Et si on stockait l’énergie renouvelable sous forme d’hydrogène ?

Date de publication
2 février 2018
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Stockage

Certech et ses partenaires développent des outils visant à réduire les coûts de ce stockage grâce à l’utilisation de MOF.

Le projet INTERESTS (INTEgrated Renewable Energy power STationS), porté par la DGO4, ambitionne l’intégration mixte d’électricité renouvelable (solaire et éolienne) via la production d’hydrogène ou via le stockage dans des batteries. Une thématique en phase avec le plan wallon d’investissement.

L’hydrogène serait fabriqué par hydrolyse. Il s’agit d’un procédé connu de décomposition de l’eau en oxygène et hydrogène sous l’action d’un courant électrique.

Deux possibilités s’offrent alors : soit utiliser directement l’hydrogène, soit le stocker

Réduire les coûts de stockage

stockageLa recherche menée tout particulièrement à Certech vise à étudier les moyens de réduire les coûts du stockage de l’hydrogène par l’intermédiaire d’un stockage dans des matériaux solides à haute porosité, appelés MOF (Metal-Organic Frameworks).

Ces matériaux renferment, au sein d’un réseau cristallin, un grand nombre de cavités nanométriques. Ce volume intérieur peut retenir des gaz et en particulier de l’hydrogène. La surface spécifique d’1 g de MOF – c’est-à-dire si on le déplie totalement – peut correspondre à celle d’un demi, voire d’un terrain de football (10000m²/g).

Deux possibilités s’offrent alors : soit utiliser directement l’hydrogène, soit le stocker.

Des difficultés et des risques de stocker l’hydrogène

Pour stocker suffisamment d’hydrogène dans un faible volume et permettre de concurrencer les moteurs à essence, on ne dispose aujourd’hui que de deux solutions :

• soit le refroidir pour le liquéfier (-253°C) ;
• soit le comprimer sous des pressions élevées (350 à 700 bar).

Le stockage sous forme liquide présente des risques sécuritaires. Il est également coûteux et, de par sa très petite taille, l’hydrogène s’évapore dans le temps. L’hydrogène liquide est principalement utilisé en aérospatial.

Le stockage sous forme gazeuse nécessite des tailles et des épaisseurs de réservoir donc des masses importantes car l’hydrogène à tendance à diffuser à travers le métal.

Dans un véhicule automobile, la masse d’hydrogène à stocker serait de l’ordre de 5 kg, soit le poids nécessaire pour une autonomie classique d’environ 500 kilomètres.

La 3e voie : le stockage dans un solide

StockageLe stockage de l’hydrogène dans un solide semble être une alternative prometteuse. A volume de réservoir équivalent, l’utilisation de MOF permettrait de stocker de plus grandes quantités de gaz et ce de manière plus sûre.

Ce stockage serait plus sécurisé car il peut être réalisé à des températures moins contraignantes, sans risque d’incendie ou de fuite.

Choisir parmi 6000 MOF

La première étape de la recherche du Certech, pilotée par Olivia Deresteau et François Collignon, aura consisté dans le choix des MOF les plus pertinents (parmi plus de 6000 MOF) pour stocker l’hydrogène en respectant les contraintes règlementaires.

Le choix du Certech s’est porté sur deux types de MOF. Une première fabrication en batch de ces matériaux a été effectuée.

Vu le prix encore élevé de ces matériaux, la seconde étape étudie le moyen de produire une grande quantité de ces MOF en diminuant son prix de revient. Pour ce faire, des techniques de production en continu sont expérimentées. Certech utilise son expertise dans le domaine de l’intensification des procédés.

Une attention particulière est portée sur l’utilisation de solvants non toxiques et le respect de la législation européenne REACH.

L’hydrogène ainsi stocké pourrait être utilisé en application automobile ou dans des process industriels. Une reconversion de l’hydrogène en électricité est également possible dans une pile à combustible.

Choix du site d’exploitation et dimensionnement

Cette intégration mixte d’une exploitation « domestique » (véhicules/ « pompes » / « car pooling/sharing ») et d’une exploitation « industrielle » (production et écoulement H2 , flexibilité par rapport au réseau) nécessite aussi un travail de recherche pointu pour identifier le meilleur lieu de production de cette électricité « locale ». Ce travail est notamment effectué par le cluster Tweed.

Ce volet se basera sur les prédictions météo et les besoins du marché. Des prédictions qui seront du ressort de l’entreprise nivelloise ATM-Pro, spécialiste du logiciel environnemental et de l’UCL/INMA. Il existe, en effet, en Belgique, un système de cotation de l’énergie électrique qui fixe son coût tous les quarts d’heure. L’idée de base du projet est donc de stocker l’énergie excédentaire quand son prix est au plus bas. Un des moyens pour y parvenir serait d’utiliser cette électricité pour fabriquer de l’hydrogène.

Et un important effort de dimensionnement des éléments de ces stations intégrées sera réalisé afin de rendre leur réalisation efficace et pertinente sur un point économique. Il s’agira notamment de définir la flotte minimale de véhicules H2/Electriques (bus/voitures/camions) pour assurer la rentabilité de la solution.

Pour y arriver, cette partie de la recherche est menée par l’entreprise néo-louvaniste, N-Side, qui se chargera du dimensionnement du prototype industriel, au départ de logiciels mathématiques et de processus de modélisation.

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