L'hydrogène vert pour réduire l'impact climatique des industries
Produire de l’hydrogène issu d’énergies renouvelables et à grande échelle pour aider les industries à réduire leur empreinte carbone: tel est le but du projet européen PROMETEO, auquel participent des chercheurs de l’EPFL.
Qu’il soit utilisé comme mode de stockage ou comme carburant, l’hydrogène est en soi un vecteur énergétique écologique. Mais les processus pour l’obtenir, eux, ne le sont pas. Ils recourent encore le plus souvent aux énergies fossiles - pétrole, charbon, gaz - ou à de l’électricité qui en est issue. Lancé au début de cette année, le projet européen PROMETEO a pour but de démontrer une solution originale pour une production d’hydrogène vert, c'est-à-dire provenant uniquement d’énergies renouvelables. Il vise également une vision de large échelle, afin de réduire les émissions de dioxyde de carbone (CO2) de plusieurs grands secteurs industriels. Des chercheurs de l’EPFL sont impliqués.
L’idée est de développer un prototype capable d’isoler l’hydrogène contenu dans l’eau - le H de H2O - par un processus d’électrolyse. Mais au lieu d’utiliser l’eau à l’état liquide, comme cela se fait communément, le nouveau dispositif passera par la vapeur d’eau et un processus nécessitant de hautes températures (+700 degrés). Cette chaleur et l’énergie nécessaire à toute l’opération émaneront d’énergie solaire intégrée en amont du système.
Utilisant la technologie des piles à oxyde solide, dont le groupe de Jan Van Herle, basé à l’EPFL Valais-Wallis à Sion, s’est fait une spécialité, le prototype aura une capacité de production d’environ 15 kg d'hydrogène par jour. Afin de surmonter les problèmes générés par l'intermittence de l'énergie solaire due aux variations de l’ensoleillement, une stratégie innovante sera testée pour gérer les différentes phases de conversion d'énergie: électrolyse, production électrique, mise en veille ‘à chaud’ de l’électrolyseur. Elle minimisera le retrait d'électricité du réseau de distribution et optimisera l'autoproduction à partir d'énergie renouvelable stockée lorsque l'énergie solaire - ou possiblement éolienne - ne sera pas disponible.
«En utilisant l’électrolyse de la vapeur d’eau pour fournir de l’hydrogène, ce nouveau système consommera un tiers d’électricité en moins que ce qu’il se fait actuellement pour l’électrolyse d’eau liquide, ce qui représente déjà une énorme économie, l’électricité étant le poste le plus cher dans les coûts d’opération de ce type, commente Jan Van Herle. Mais l’atout de la technologie à oxyde solide est également d’être réversible, c’est-à-dire qu’elle produira de l’électricité selon les besoins, qui sera alors injectée dans le réseau. Le système de conversion est ainsi toujours fonctionnel, dans un sens ou dans l’autre, minimisant les pertes et valorisant le plus efficacement possible la chaleur et l'énergie solaires. Alors qu’un électrolyseur classique d’eau liquide se trouve souvent à l’arrêt».
PROMETEO est coordonné par l'ENEA, l'Agence nationale italienne pour les nouvelles technologies, l'énergie et le développement économique durable, à la tête d’un consortium interdisciplinaire de neuf partenaires européens*, dont l’EPFL. C’est un projet ambitieux prévu sur trois ans et demi, soutenu par un financement de 2,5 millions d'euros de la Commission européenne. Il vise à aller à la rencontre des objectifs climatiques de celle-ci pour 2030 et 2050, notamment en contribuant à la pénétration des sources d'énergie renouvelables dans des secteurs industriels consommateurs d’hydrogène, tels que la pétrochimie, la chimie avec la synthèse d’ammoniaque et de méthanol, la métallurgie, et d’autres encore, comme par exemple la mobilité à hydrogène. Le projet inclut l’étude d’augmentation en puissance de la technologie à partir du prototype à échelle réduite. Le fabricant de la technologie (SOLIDpower) a déjà démontré un système produisant 50kg de H2 par jour et travaille actuellement à la multiplication de celui-ci.
*L'ENEA travaille en collaboration avec les instituts de recherche Fondazione Bruno Kessler (Italie), IMDEA Energy (Espagne) et l'EPFL pour modéliser le prototype. La PME italo-suisse SOLIDpower fournira les électrolyseurs à oxyde solide et le système de thermorégulation. Le Groupe Maire Tecnimont (Italie), les sociétés NextChem (Italie), Stamicarbon (Pays-Bas), Snam (Italie) et Capital Energy (Espagne) sont également parties prenantes du projet PROMETEO.
Pour en savoir plus: Communiqué de presse de l'ENEA du 25 mars 2021(en anglais)
