Energies pour demain / Le couplage Energies renouvelables-Hydrogène « vert »

Aucune énergie n’est parfaite et trouve ses opposants mais il va falloir se passer des énergies fossiles et combler nos besoins en électricité, même si comme je le souhaite, nous devrons aller vers plus de sobriété et d’efficacité énergétique afin d’éviter de produire inutilement pour des objets, des besoins, des services ou des déplacements non fondés. Nous allons aborder aujourd’hui un couplage intéressant car complémentaire. Nous verrons dans un autre article la solution éolien/hydraulique très prometteuse pour les îles à fort relief comme l’île espagnole d’El Hierro aux Canaries par exemple. Encore une fois, je ne fais pas la promotion de telle ou telle énergie. J’essaie de vous « éclairer » sur les possibilités d’alternatives à ce qui nous est proposé aujourd’hui et qui est loin d’être sans défaut ou sans danger.

Bonne lecture pour ce dossier / Alan pour PigraiFlair

L’un des principaux reproches attribué aux énergies renouvelables est leur intermittence liée à l’absence (ou excès )de vent ou de soleil (Ciel couvert et nuit). Le couplage de ces énergies avec l’hydrogène semble très prometteur. Si l’électricité produite par les éoliennes, les centrales solaires ou autres énergies ne trouve pas preneur, elle est perdue. Sauf si elle peut être employée à la production d’hydrogène par électrolyse de l’eau. On parle alors de « Power to hydrogen « .

Hydrogène vert : le projet vendéen Lhyfe pose sa première pierre

Cet hydrogène « vert » stocké (par exemple en offshore) peut être ensuite converti instantanément en électricité « verte » à faible coût et redistribuée via le même réseau en fonction des besoins et des heures de pointes. Cet hydrogène « propre » et durable peut aussi servir différentes applications dans lesquelles il se substituera aux ressources fossiles.

Le bateau Energy Observer, véritable laboratoire du couplage eau-ENR-Hydrogène

Il pourra intéresser les industriels et représenter pour eux un moyen de décarboner leurs procédés. Il pourra aussi servir à alimenter des stations de recharge pour véhicules roulant à l’hydrogène (et/ou électricité) : voitures, camions, bus, chariots élévateurs, trains, bateaux, des véhicules qui n’émettent ni particules fines ni CO2 et qui ne rejettent que de l’eau.

https://youtu.be/Mo1lWqjJgkw

Applications

  • Stocké localement en longue durée (à l’échelle d’une saison entière par exemple), l’hydrogène est ensuite reconverti en électricité durant les heures de pointe sur le réseau via une pile à combustible. L’hydrogène joue alors un rôle de tampon pour améliorer la stabilité de la production électrique.
  • Utilisé en carburant de la mobilité propre, l’hydrogène va alimenter les pompes et les stations-service.
  • Réinjecté sous forme d’électricité via la pile à combustible dans des applications stationnaires ou mobiles (voitures hybrides, utilitaires, chariots élévateurs, etc…).
  • Injecté directement dans les réseaux de gaz, seul ou combiné avec du gaz naturel.
  • Recombiné au CO2 capté à partir des fumées industrielles des usines, il permet, après une opération de méthanation, de créer du méthane de synthèse destiné au réseau de gaz tout en contribuant à la réduction des émissions de CO2.

Techniques pour un hydrogène vert produit à partir de surplus d’électricité renouvelable

L’électrolyse : passage de l’électricité à l’hydrogène

La méthode de l’électrolyse consiste à décomposer les molécules d’eau, à l’aide d’un courant électrique en provenance des énergies renouvelables, pour obtenir d’un côté de l’oxygène (O2) et de l’autre l’hydrogène (H2). 

L’électrolyse alcaline est la plus utilisée actuellement et affiche des coûts d’investissement faibles et un rendement de 68 à 77 %. Peu réactive aux variations de puissance, elle produit de l’hydrogène facilement à partir d’hydroélectricité mais n’est pas adaptée au couplage avec de l’énergie photovoltaïque ou éolienne.

Avec l’évolution rapide des technologies, l’électrolyse à membrane PEM (Membrane à échange de proton) ouvre de nouvelles voies. Son rendement est sensiblement identique à celui de l’électrolyse alcaline mais son intérêt réside dans son excellente réactivité aux variations de puissance, ce qui la rend particulièrement adaptée pour intégrer des EnR intermittentes.

Très prometteuse, cette technologie encore coûteuse (2 fois les coûts de l’électrolyse alcaline) doit lever encore quelques obstacles mais profite déjà d’importants efforts de recherche.

https://youtu.be/AFZZoMc8PjU

La pile à combustible (PAC) : passage de l’hydrogène à l’électricité

Maillon essentiel pour récupérer l’électricité transformée en hydrogène, la pile à combustible se décline en différentes puissances suivant les applications : piles stationnaires pour alimenter des bâtiments en électricité et chaleur, piles embarquées dans les véhicules électriques

Selon Air Liquide, le rendement d’une pile à combustible varie entre 30 et 70 %. Avec une plus grande autonomie que les batteries et des temps de recharge plus court, la pile à combustible apporte une réponse complémentaire à un système énergétique propre. À la suite de travaux de recherche, Axane filiale de Air Liquide dispose de piles à combustible atteignant plus de 7 000 heures de fonctionnement continu et avec un prix divisé par 6 en 10 ans.

Le Power to gas

Convertir de l’électricité en hydrogène par électrolyse de l’eau et en méthane de synthèse en ajoutant une étape de méthanation. C’est notamment l’objet du projet Jupiter 1000, qui regroupe GRTgaz et sept partenaires.

Le projet HyBalance

Mené par Air Liquide au Danemark. Il s’agit du plus grand site européen de ce type avec un électrolyseur de 1,2 MW produisant de l’hydrogène décarboné destiné à l’industrie et la mobilité.

Le projet GRHYD

Mené par Engie du côté de Dunkerque, expérimente quant à lui, l’injection d’hydrogène vert à hauteur de 20 % dans les réseaux de chauffage au gaz naturel.

Le projet H2O

Cet hydrogène stocké, sous pression sous marine, dans des réservoirs très bon marché en béton sera ensuite transformé localement en électricité verte via une pile à combustible ou une turbine à hydrogène couplée à un générateur.

Le projet H2-O représente une alternative au stockage de l’électricité. Les surplus des énergies renouvelables telles que l’éolien ou le photovoltaïque seront convertis en hydrogène vert à travers un électrolyseur immergé en mer à grande profondeur. L’hydrogène vert dégagé sera ensuite stocké dans des réservoirs de très grandes capacités eux mêmes immergés à proximité immédiate de l’électrolyseur.

5 commentaires

  1. Merci pour cet intéressant article, certes technique (pas tout compris), mais il me semble que le plus important est l’éclairage que vous opérez d’emblée et qui me paraît juste : (et je reprend vos mots) « même si comme je le souhaite, nous devrons aller vers plus de sobriété et d’efficacité énergétique afin d’éviter de produire inutilement pour des objets, des besoins, des services ou des déplacements non fondés. »
    Quelle que soit la solution ou les solutions envisagées, il faudra se calmer sur notre boulimie actuelle qui engendre de véritables fléaux et le bio, le renouvelable, le recyclable, etc. etc. ne changeront rien, à mon sens, si une prise de conscience et une remise en question de nos comportements ne les accompagnent pas. Très bonne soirée

    Aimé par 1 personne

    1. Oui. J’adhère entièrement à ce commentaire. Nous sommes en « surchauffe » depuis 50 ans et vu la population croissante, il est clair que l’on ne pourra pas satisfaire tout le monde sur les demandes « d’artifices ». Néanmoins je trouve intéressant d’explorer les alternatives pour produire de nouvelles énergies le moins polluantes et dangereuses possible pour les futures générations qui devront éviter de copier la boulimie, comme vous dites, des générations précédentes.
      Bonne soirée et merci pour votre commentaire.

      Aimé par 1 personne

  2. Oui, il est intéressant d’explorer des alternatives, vous avez raison de le souligner, et de donner des moyens et des latitudes d’agir aux chercheurs. Aux philosophes aussi. Aux artistes également. Et aux artisans. Aux paysans bien sûr. Faisons tout notre possible ! Très bonne journée

    Aimé par 1 personne

  3. Salut Alan,
    Je salue ton travail bien documenté, et détaillé. Comme toi, je crois beaucoup aux énergies propres, et je pense que l’hydrogène sera une composante incontournable de notre production énergétique future.
    Comme le souligne Louise, il serait également primordial de travailler à réduire nos besoins, il n’y a qu’à ce prix que nous pourrons fournir assez d’énergie à tous sans avoir à nous lancer dans des projets pharaoniques et coûteux.
    L’hydrogène possède beaucoup d’avantages, et bien que le procédé reste encore compliqué et cher à mettre en œuvre, je suis sûr que cette solution saura s’imposer prochainement.
    Mes seules doutes et questions portent sur la sécurité que tu n’évoque pas ici. Pourtant il semblerait que l’hydrogène a l’inconvénient d’être très inflammable, et que sa faible densité rend le risque de fuite dans l’environnement plus important encore qu’avec les combustibles fossiles.😨
    Qu’en est-il?🤔

    J’aimerai avoir ton point de vue sur cette question, mais je suis heureux que l’humanité commence à s’interroger sur ces questions de productions énergétiques d’avenir.

    Je te souhaite un agréable week-end

    Ben

    Aimé par 1 personne

    1. Salut Ben. Merci pour ton commentaire qui permet d’alimenter le débat et notre reflexion. Voici un article d’Agora Vox dont le titre est un peu négatif et accrocheur. Il gaut bien regarder les avis en bas de cet article pour avoir une approche plus nuancée. https://mobile.agoravox.fr/actualites/technologies/article/les-vehicules-a-hydrogene-un-73324.
      Pour les risques à l’usage, je ne suis pas plus inquiet que ça car les matériaux de stockage évoluent et que la recherche française travaille sur de l’hydrogène métallique et non liquide. Cette technologie suppose l’utilisation de diamants très purs pour des pressions importantes. Cette approche est très prometteuse pour les avions notamment.
      Mais, mais, mais le plus important comme Louise et toi l’avez souligné, il va falloir se calmer et arrêter de construire des bagnoles. Toutes ces énergies sont intéressantes conjuguées avec la recherche constante de sobriété et d’efficacité.
      Pour le reste , je ne ni technicien ni encore moins polémiste;)
      Ce qui m’intéresse finalement ce sont les perspectives à court terme de remplacement des énergies fossiles et nucléaires. Cette voie sera complexe et difficile. Alors encore une fois réduisons nos besoins inutiles.
      A bientôt Ben pour d’autres post moins techniques 😁

      Aimé par 1 personne

Votre commentaire

Entrez vos coordonnées ci-dessous ou cliquez sur une icône pour vous connecter:

Logo WordPress.com

Vous commentez à l’aide de votre compte WordPress.com. Déconnexion /  Changer )

Image Twitter

Vous commentez à l’aide de votre compte Twitter. Déconnexion /  Changer )

Photo Facebook

Vous commentez à l’aide de votre compte Facebook. Déconnexion /  Changer )

Connexion à %s