Stockage de l’hydrogène sous forme solide pour l’optimisation des énergies renouvelables : De la recherche académique au développement industriel des matériaux et des système Mercredi 6 novembre 2013 17:30 - Duree : 1 heure Lieu : Amphithéâtre du LPSC - 53 rue des Martyrs - Grenoble

Orateur : Daniel FRUCHART (Institut Néel/CNRS) et Michel JEHAN (McPhy Energy SA, ZA Retière, la Motte Fanjas)

Les énergies renouvelables comme le solaire, possèdent deux caractéristiques essentielles, 1 – des ressources pratiquement illimitées et une efficacité de conversion liée au mode de capture. 2 - de fait, leur intermittence restreint l’utilisation directe et massive de l’énergie recueillie. Il est donc incontournable d’introduire un mode de stockage des énergies propres et renouvelables, répondant ainsi mieux aux contraintes imposées par le mode de distribution et de consommation de l’énergie. Les paramètres efficacité, masse, réversibilité forment les clefs essentielles du mode de stockage. Alors l’hydrogène apparaît comme le vecteur énergétique le plus à même de se substituer aux énergies fossiles, car en plus de sa propreté, c’est un fluide que l’on peut distribuer et stoker an masse, contrairement à l’électricité. Si la mobilité a pu constituer la thématique d’appel en faveur du vecteur hydrogène grâce à l’avènement de la pile à combustible dite PEMFC, il est d’autres besoins énergétiques bien plus larges en volume (habitat, industrie, chimie) dont le bilan carbone mérite révision à court et moyen termes. Ainsi, outre sa production, le stockage de l’hydrogène et plus particulièrement sous sa forme solide (cf hydrures) a fait l’objet ces dernières années d’efforts importants de la recherche académique jusqu’à la mise en œuvre au niveau pratique. Considérant que le stockage sous forme d’hydrures présente plusieurs caractéristiques avantageuses par rapport au gaz comprimé (700 b.) ou au liquide cryogénique (-250°C), l’équipe IICE du laboratoire L. Néel s’est résolument engagée vers la solution magnésium comme élément chimique permettant de stocker réversiblement de grandes quantités (masse et volume) d’hydrogène. Cependant la thermodynamique et la cinétique de la réaction Mg + H2 ↔ MgH2 a demandé plusieurs années d’efforts en laboratoire, puis à l’échelle de pilotes pour optimiser les cinétiques de réaction, les transferts thermiques, la gestion de l’enthalpie de réaction, la modélisation, le design et l’optimisation de réservoirs… La pluridisciplinarité nécessaire pour conduire les étapes successives de ce développement s’est concrétisée depuis l’Institut Néel et le CRETA au CNRS, le LEGI (UJF) avec l’appui déterminant MCP Technologies (Romans) fabriquant de poudres de magnésium, au travers de la participation à plusieurs importants européens sur le stockage solide de l’hydrogène. Du couplage recherche-industrie vint le dépôt de brevets et la crédibilité d’un transfert industrie, en fait concrétisé en janvier 2008 avec la création de McPhy-Energy La coopération R & D qui s’est installée alors a vu le développement industriel progressif mais continu, le design et la construction d’outils originaux et très performants pour réaliser chacune des étapes à grande échelle, permettant ensuite au bureau d’études de construire les différentes configurations de réservoirs adaptés au stockage réversible de larges quantités d’hydrogène « vert ». Donc McPhy-Energy propose des solutions basées sur l’électrolyse de l’eau pour générer l’hydrogène non carboné (Energies Renouvelables), stocké sous la forme d’hydrures, pour couvrir des capacités énergétiques de quelques MWh à plusieurs GWh. En particulier de grande unités de stockage embarquant MgH2 sont développées actuellement, leurs performances et leur efficacité (de 70 à 90%) reposant sur les matériaux avancés préparés à grande échelle et à l’ingénierie déployée dans les systèmes. Différents designs et configurations de systèmes sont proposés, en particulier pour stocker parallèlement l’importante chaleur de formation à la réaction Mg–MgH2 dans un réservoir adjacent contenant un Matériau à Changement de Phase (MCP), chaleur rétrocédée pour la désorption de l’hydrogène. Ces réservoirs que l’on peut qualifier de quasi-adiabatiques sont parfaitement adaptés à l’intermittence de la génération (vent, soleil, marée nucléaire de nuit, etc…) et aux pics de la demande (surproduction/sous consommation, gestion optimale du réseau). Enfin l’hydrogène vert ainsi produit et stocké est tout à fait adapté aux applications locales (on-site isolé domestique ou industriel, station-service..), avec la ré-génération électrique via piles à combustibles, turbines, diesel. Cet hydrogène vert est également injecté à la demande dans les réseaux urbains de gaz (domestique, flotte de bus) allégeant ainsi la signature carbone du méthane.

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