Dans un contexte où le marché des énergies renouvelables ne cesse de progresser, l’hydrogène se présente comme une alternative pour décarboner l’économie, plus précisément quand il s’agit d’hydrogène vert. C’est évidemment conditionné par la disponibilité de cet élément chimique, ce qui passe automatiquement par son stockage. Focus sur les solutions qui accompagnent la transition énergétique.
Qu’est-ce que l’hydrogène ?
On parle souvent des avantages de l’H2 sans forcément comprendre de quoi il s’agit concrètement. Il convient donc de rappeler que le dihydrogène (H2) est un élément chimique constitué de deux molécules d’hydrogène. Ce n’est autre que le gaz le plus léger qui soit et pourtant, l’énergie qui résulte de sa combustion est d’environ 2,2 fois plus dense si l’on compare avec le gaz naturel.
Bien qu’une grande partie du H2 produit à l’échelle internationale résulte d’hydrogène gris, autrement dit d’hydrocarbures, les démarches pour produire des alternatives vertes ne cessent de progresser. Il est donc tout à fait possible d’utiliser de l’hydrogène non polluant, ce qui confirme l’intérêt d’intégrer son exploitation dans le cadre de la transition énergétique.
Quel est l’intérêt de stocker de l’hydrogène ?
Le stockage est l’unique moyen de garantir la disponibilité de H2 en quantité suffisante pour couvrir de nombreux besoins. Actuellement, ce gaz est principalement utilisé pour stocker de l’électricité de sorte à pallier la surproduction ou l’insuffisance de production que l’on constate avec les énergies renouvelables.
En effet, les énergies renouvelables reposent sur les éléments naturels comme le vent et le soleil. Il est donc impossible de garantir la disponibilité de l’électricité produite par rapport aux besoins réels. C’est pour cela qu’il est important de prévoir le stockage de l’électricité. Cette dernière ne peut toutefois être conservée sur une longue période dans des volumes importants et c’est là que l’hydrogène entre en jeu.
Grâce à la conversion de l’énergie électrique produite en H2, il n’y a plus de risques de lacune ou de perte des excédents d’énergie. On parle donc d’une consommation responsable, favorable à la transition énergétique. Si cela vous intéresse, nous vous conseillons de consulter ce site et pourquoi pas, de vous rendre à la conférence Horizons Hydrogène sur la transition énergétique. Le stockage de l’hydrogène est typiquement le genre de sujets qui seront abordés et discutés avec les acteurs du marché.
Pourquoi stocker de l’hydrogène est compliqué ?
Il faut déjà savoir que l’hydrogène est rare, du moins à l’état naturel. Il est davantage disponible sous forme anatomique, ce qui signifie qu’il faut passer par un processus fastidieux pour pouvoir le récupérer.
Ajoutez à cela que ce gaz est extrêmement léger. A titre de comparaison, l’air que nous respirons est 11 fois plus lourd que l’hydrogène. Ce dernier occupe donc beaucoup plus de place lorsqu’il est uniquement soumis à une pression atmosphérique. Concrètement, il faut compter un volume de stockage de 11 m3 pour 1 kg de H2 à l’état pur.
Le stockage en l’état limitant considérablement les possibilités de transport, il est indispensable de compresser l’hydrogène en amont. Cela exige la mise en œuvre de moyens fastidieux, l’objectif étant à la fois d’augmenter la densité du gaz et de réduire le volume nécessaire pour le stocker.
Quelles sont les possibilités de stockage d’hydrogène ?
Il est actuellement possible de stocker l’hydrogène à l’état liquide, gazeux ou solide. Chacune de ces options requiert naturellement des moyens techniques spécifiques.
Stockage sous forme gazeuse
Le stockage à l’état gazeux s’effectue à haute pression. A pression normale, la masse volumique de l’hydrogène est de 0,090 kg/m3. Lorsqu’il est soumis à une pression de 700 bar, cette masse volumique atteint les 42 kg/m3. Dans les faits, 5 kg d’hydrogène compressé mais toujours à l’état gazeux peuvent tenir dans un contenant de 125 litres. Il est alors envisageable d’opter pour un stockage en bouteilles ou en réservoirs en fonction des applications prévues.
Stockage sous forme liquide
Cette option consiste à refroidir l’hydrogène gazeux à très basse température pour qu’il se liquéfie. La forme liquide s’obtient en-dessous de -252,87°C. A cette température et à une pression de 1,013 bar, on obtient une masse volumique d’environ 71 kg/m3. Autrement dit, un réservoir de 75 litres peut parfaitement contenir 5 kg de H2. Les réservoirs utilisés doivent être parfaitement isolés pour que la conservation à l’état liquide soit possible.
Cette méthode révolutionnaire demeure néanmoins complexe et coûteuse. Son utilisation est de ce fait restreinte à certaines applications spécifiques, notamment la propulsion spatiale. A titre d’exemple, la fusée Ariane est équipée de réservoirs pouvant contenir plusieurs tonnes d’hydrogène liquide.
Stockage sous forme solide
La forme solide implique la conservation de l’hydrogène à l’intérieur d’un autre matériau. Cette méthode de stockage est par exemple envisageable lorsque des hydrures métalliques se forment suite à une réaction chimique provoquée par le contact du H2 avec quelques alliages en métal. Les matériaux qui se composent principalement de magnésium de même que les alanates sont ceux qui offrent les meilleures perspectives lorsque l’on parle de stockage à base d’hydrures, une solution qui se veut prometteuse et qui repose sur les mécanismes d’absorption/absorption du H2 par d’autres matériaux.
Il faut néanmoins savoir que la masse d’hydrogène pouvant être stockée sous forme solide reste faible. Dans le meilleur des cas, le poids de l’hydrogène ne dépasse pas les 2-3% du poids du contenant, ce qui constitue une limite à cette méthode de stockage. Par ailleurs, de nombreux facteurs comme la pression des cycles de charge/décharge du H2 en fonction du matériau qui le contient ou encore la cinétique doivent être pris en compte avant une application massive.
Les études et les applications existantes démontrent les bénéfices de l’hydrogène dans le cadre de la transition énergétique. Toutefois, le stockage demeure incontournable. Les méthodes actuellement utilisées ont démontré leur efficacité bien qu’elles soient toujours en phase d’amélioration constante. Il est toutefois certain que la maîtrise des techniques de compression et de stockage optimisera la réduction des émissions polluantes.