Dans le contexte environnemental et énergétique actuel, l’hydrogène se présente comme une alternative crédible en remplacement des énergies fossiles comme le pétrole ou le gaz. A quantité égale, il dispose d’une densité thermodynamique bien plus élevée que les énergies fossiles classiques mais pour son déploiement, l’hydrogène décarboné (production, distribution et transport, usage), doit pouvoir se stocker de manière compacte, sûre et efficace. C’est le défi des ingénieurs en vue de futures applications pratiques. Parmi les solutions techniques, la voie de l’hydrogène stockée sous forme solide (poudre, pâte ou galette) est actuellement celle qui est la plus étudiée. Cette technologie permettra notamment de stocker des surplus d’électricité d’énergies renouvelables (ou autres) grâce à des installations combinant la production d’hydrogène et son stockage à basse pression mais aussi d’alimenter des véhicules, trains ou cargos électriques hybrides avec sécurité et un encombrement moindre pour une autonomie importante sans émission de CO2.
Article Pigrai.com / Alan Mabden 27 Janvier 2023
Les trois grands types de stockage d’hydrogène
1/ Hyperbare ou Liquide
2/ Cryoadsorption
3/ Absorption dans divers Hydrures
La dernière méthode dite « solide » est la plus prometteuse. Il est possible de stocker l’hydrogène sous différents procédés en cours de recherche.
L’hydrogène solide en poudre
En piégeant l’hydrogène dans de la poudre de nitrure de bore, l’hydrogène est stable, et peut être stocké et transporté facilement, en grandes quantités si besoin. La recherche appliquée s’échine donc à mettre au point des démonstrateurs pour valider l’intérêt du stockage de l’hydrogène sous forme solide et son utilisation à grande échelle.
Des scientifiques australiens affirment avoir fait une découverte avec un procédé mécano-chimique (*) ouvrant la voie à une révolution dans la production et le stockage en poudre d’un hydrogène qui, s’il est produit avec une énergie décarbonée, constituera un carburant du futur et l’une des briques de la nécessaire transition énergétique mondiale.
« La découverte est si importante –et représente une telle différence avec le savoir communément admis sur la séparation et le stockage des gaz– que le Dr. Srikanth Mateti (scientifique en chef, Université Deakin, en Australie), a expliqué avoir dû refaire son expérience vingt à trente fois avant de pouvoir véritablement croire ce qu’il voyait »
(*) En ajoutant du nitrure de bore dans à un « moulin à billes » (chambre rotative très simple dans laquelle des billes de métal aident à la séparation de gaz) et en faisant tourner ce dernier à haute vitesse, les scientifiques australiens se sont rendus compte que, dans certaines conditions précises, le composé chimique pouvait absorber l’hydrogène. Ce qui permettrait donc de stocker le gaz sous la forme d’une poudre, qui peut ensuite être simplement transportée à température ambiante et sans grand danger.
L’hydrogène en pâte
Un institut allemand de recherche a mis au point un carburant « powerpaste » est un moyen sûr de stocker de l’hydrogène. Ce conditionnement, à base d’hydrure de magnésium solide, pourrait être utilisé dans de petits véhicules (scooter, motos ou citadines) et son stockage tout comme son transport serait simplifié et moins coûteux, puisqu’il pourrait se présenter sous la forme de cartouches ou bidons (Actuellement, une pompe dans une station-service à hydrogène coûte entre un et deux millions d’euros). Le ravitaillement en carburant serait simple. Au lieu de se rendre à la station-service, il suffirait de remplacer une cartouche vide par une nouvelle et de remplir un réservoir avec de l’eau de ville et cela pourrait se faire à la maison ou en route. Le carburant ne commençant à se décomposer qu’à des températures d’environ 250 °C, il resterait sûr même lorsqu’un scooter se trouve au soleil pendant des heures, par exemple.
L’hydrogène solide métallique
Afin de répondre simultanément aux trois critères clés tels que la compacité, la sûreté et l’efficacité, la méthode de stockage sous forme « solide » dans des matériaux métalliques hydrurables (formant des hydrures) est très avantageuse. Dans les hydrures métalliques l’hydrogène est directement liée aux atomes de métal via une liaison métallique.
Cette métamorphose nous rappele la transmutation des métaux comme le plomb en argent et or par les alchimistes du Moyen Âge mais il s’agit bien de physique quantique visant à modifier les liaisons atomiques des molécules, au moyen d’une énorme pression faite avec des diamants à la forme très particulière.
La sécurité d’utilisation des hydrures est supérieure à celle des réservoirs sous haute pression du fait des pressions modestes lors de la phase d’absorption de l’hydrogène. De plus, grâce à une réaction de désorption endothermique, en cas de fuite accidentelle la température du réservoir chute rapidement, ce qui stoppe le dégagement d’hydrogène.
Aucun matériau étudié jusqu’à présent ne réunit tous les critères (capacité, cinétique, thermodynamique, cyclage, coût, etc.) pour un stockage stationnaire ou mobile. C’est pourquoi de nouveaux matériaux sont explorés notamment des nanomatériaux à base ou dérivés du graphène.
L’hydrogène absorbé par du magnésium
S’appuyant sur des travaux du CNRS (Institut Néel), McPhy Energy (société grenobloise) a développé une solution de stockage de l’hydrogène sous forme d’hydrures métalliques, c’est-à-dire de composés chimiques d’hydrogène avec un métal ou un alliage métallique. Certains métaux présentent la propriété de former des liaisons réversibles avec des atomes d’hydrogène. C’est le cas du palladium, du vanadium ou encore du magnésium qui a été retenu par la PME grenobloise comme principal matériau combiné à l’hydrogène. https://youtu.be/G0clQNJoqA0
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