Hydrogène : quels sont les enjeux autour du stockage ?
Stockage hydrogène : de quoi parle-t-on ?
L'hydrogène, ou dihydrogène H2, est un gaz que l’on trouve en abondance sur la Terre. Ses émissions polluantes sont nulles et il a la particularité d’avoir une capacité énergétique importante.
Ainsi, l’hydrogène est vu comme un carburant d’avenir car il pourrait permettre de décarboner le secteur du transport ou encore de l’industrie. Il constitue un espoir pour remplacer les énergies fossiles et ainsi accompagner la transition énergétique.
Pourtant, son déploiement se frotte à des difficultés car l’hydrogène a des inconvénients. En effet, à ce jour, la méthode de production de l’hydrogène est complexe et coûteuse. Le deuxième point qui peut freiner le déploiement de l’hydrogène en tant que carburant est la question de son stockage.
Les enjeux autour du stockage et du transport de l’hydrogène
L’hydrogène est le gaz le plus léger de la planète. À titre d’exemple, il est environ 11 fois plus léger que l’air ! Mais l’hydrogène a besoin d’un grand volume d’espace pour être stocké.
Par exemple, pour stocker 1 kg d’hydrogène qui pourrait permettre à un véhicule de circuler pendant 100 km, il faut un volume de 11 m3 de stockage. On imagine donc assez mal un véhicule équipé d’une cuve imposante et d’un poids si important pour que l’autonomie soit intéressante.
Ainsi, des procédés techniques permettent d’augmenter la densité de l’hydrogène pour réduire la taille de stockage nécessaire. Par exemple, en comprimant jusqu’à 700 bars de pression, on obtient un résultat intéressant. L’hydrogène peut alors plus facilement être transporté et stocké.
Très souvent, il faut transporter l’hydrogène entre son lieu de production et son lieu d’utilisation. On peut créer de l’hydrogène de différentes façons :
- par vaporeformage du gaz naturel
- par électrolyse de l’eau
- à partir d’éléments de la biomasse ou grâce aux énergies renouvelables
Une fois créé, l’hydrogène est transporté par pipes, par transport routier ou ferroviaire ou encore par bateaux.
Ensuite, l’hydrogène est utilisé dans l’industrie, dans la fabrication de matériaux ou encore comme carburant pour le secteur des transports. Les automobilistes peuvent se rendre dans des stations services où l’hydrogène est distribué pour faire le plein.
Les différentes façons de stocker l’hydrogène
Stockage de l’hydrogène sous forme liquide
Il est possible de stocker l’hydrogène en le passant à l’état liquide. Ainsi à l’état liquide, la densité de l’hydrogène diminue : passant jusqu’à 71kg/m3 pour une pression de 1 bar.
Pour ce faire, il faut d’abord être en mesure de mettre l'hydrogène en sous-refroidissement à une température de -253°C. Une fois cette température atteinte, il faut le maintenir en continu à faible température pour éviter que le produit redevienne gazeux.
Cette action de refroidissement, de par l’énergie qu’il faut déployer et son coût, est réalisée en très grande quantité.
Dans la pratique, l’hydrogène sous forme liquide se destine principalement à alimenter les réservoirs des appareils du domaine aérospatial.
Par exemple, la fusée Ariane fonctionne à l’aide de l’hydrogène. Une fois que le plein est fait, il faut aussi prévoir d’alimenter l’appareil en oxygène liquide. Car sans oxygène, il n’y aurait pas suffisamment de combustion dans l’espace où il n’y a pas d’oxygène.
Le stockage sous forme solide à basse pression
Il est aussi possible de stocker l’hydrogène en ayant recours à un procédé pour le passer sous forme solide. On utilise alors l’une des techniques suivante :
- l’adsorption : c’est un procédé physique, pour ce faire il faut la combinaison d’une pression élevée et d’une basse température (- 195°C)
- l’absorption : cette technique consiste à combiner chimiquement l’élément avec un matériau qu’on appelle hydrure métallique
En réalité, à l'issue de ces opérations, il s’agit de conserver l’hydrogène dans un autre matériau solide comme le magnésium ou le graphite.
Cette méthode de stockage en est encore à ses balbutiements car les contraintes techniques de la méthode sont fortes. Il faut d’abord maîtriser les deux procédés de transformation. Il est également difficile de stocker une grande masse d’hydrogène dans un matériau.
Le stockage sous forme gazeux
La dernière possibilité pour stocker l’hydrogène est la forme gazeuse. C’est celle qui est la plus utilisée, notamment pour transporter ce vecteur énergétique.
En augmentant la pression du gaz, on peut diminuer son volume. Ainsi, avec une mise en pression forte de 700 bar, on va pouvoir stocker jusqu’à 5 kg d’hydrogène.
Une fois passé sous forme gazeuse, l’hydrogène est stocké :
- dans des réservoirs ou des bouteilles
- dans les stations de recharge hydrogène pour être ensuite déposé dans les réservoirs des véhicules où il va permettre d’alimenter une pile à combustible
- sous la Terre dans des zones de stockage massives
Grâce à cette solution de stockage, il est possible d’alimenter un véhicule qui va être capable d’avoir une autonomie de plusieurs centaines de kilomètres (jusqu’à 600 km selon les modèles).
Il existe différents types de réservoirs à hydrogène dont la particularité est leur résistance à la pression : réservoir à 350 bars, 500 bars ou 700 bars.
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