Français

Explorez les diverses méthodes de stockage de l'hydrogène, leurs défis et les avancées qui façonnent un avenir énergétique durable. Une perspective mondiale.

Comprendre le stockage de l'hydrogène : Un guide mondial complet

L'hydrogène est de plus en plus reconnu comme un vecteur énergétique clé dans la transition mondiale vers un avenir durable. Son potentiel pour décarboner divers secteurs, y compris les transports, l'industrie et la production d'électricité, est considérable. Cependant, l'adoption généralisée de l'énergie hydrogène dépend du développement de solutions de stockage efficaces et rentables. Ce guide offre un aperçu complet des différentes méthodes de stockage de l'hydrogène, de leurs défis et des dernières avancées qui stimulent l'innovation dans ce domaine critique.

L'importance du stockage de l'hydrogène

L'hydrogène, bien qu'abondant, existe principalement dans des composés comme l'eau (H2O) ou les hydrocarbures (par exemple, le méthane, CH4). Extraire l'hydrogène pur nécessite de l'énergie, et son stockage pose des défis uniques en raison de sa faible densité et de sa grande inflammabilité. Un stockage efficace est crucial pour plusieurs raisons :

Méthodes de stockage de l'hydrogène

Les technologies de stockage de l'hydrogène peuvent être largement classées en méthodes de stockage physique et chimique. Chaque approche a ses avantages et ses inconvénients en termes de capacité de stockage, d'efficacité énergétique, de coût et de sécurité.

1. Stockage physique

Le stockage physique consiste à stocker l'hydrogène sous forme de gaz ou de liquide dans des conditions de température et de pression spécifiques.

a) Hydrogène gazeux comprimé

Le stockage de l'hydrogène gazeux comprimé consiste à comprimer l'hydrogène à de hautes pressions (généralement de 350 à 700 bars, et même jusqu'à 1000 bars dans certaines applications) et à le stocker dans des réservoirs sous pression robustes. Il s'agit d'une technologie relativement mature avec des solutions disponibles sur le marché.

Avantages :
Inconvénients :
Exemples :

L'hydrogène comprimé est largement utilisé dans les VÉPAC. Par exemple, le NEXO FCEV de Hyundai utilise trois réservoirs d'hydrogène haute pression d'une capacité de stockage de 6,33 kg à 700 bars, offrant une autonomie de plus de 600 km (norme WLTP).

b) Hydrogène liquide

Le stockage de l'hydrogène liquide consiste à refroidir l'hydrogène jusqu'à son point d'ébullition cryogénique (-253°C) pour le condenser en un liquide. Cela augmente considérablement la densité énergétique volumétrique par rapport au gaz comprimé.

Avantages :
Inconvénients :
Exemples :

L'hydrogène liquide est utilisé dans les programmes spatiaux (par exemple, la navette spatiale de la NASA) et est exploré pour des applications de transport long-courrier, telles que les avions et les navires. Par exemple, Airbus développe des avions à hydrogène qui utiliseront le stockage d'hydrogène liquide.

2. Stockage chimique

Le stockage chimique consiste à stocker l'hydrogène dans des composés chimiques, qui libèrent de l'hydrogène lors d'une réaction avec un déclencheur, tel que la chaleur ou un catalyseur.

a) Hydrures métalliques

Les hydrures métalliques sont des composés formés par la réaction de l'hydrogène avec certains métaux ou alliages. L'hydrogène est stocké dans le réseau métallique et peut être libéré en chauffant l'hydrure.

Avantages :
Inconvénients :
Exemples :

L'hydrure de lanthane-nickel (LaNi5H6) et l'hydrure de magnésium (MgH2) sont des exemples d'hydrures métalliques étudiés pour le stockage de l'hydrogène. La recherche se concentre sur l'amélioration de leur capacité de stockage d'hydrogène et de leur cinétique par l'alliage et la nanostructuration. Par exemple, des chercheurs au Japon travaillent activement sur des systèmes à base de MgH2 modifiés avec des catalyseurs pour améliorer leurs performances.

b) Hydrures chimiques

Les hydrures chimiques sont des composés qui libèrent de l'hydrogène lors d'une réaction avec de l'eau ou un autre réactif. Les exemples incluent le borohydrure de sodium (NaBH4) et l'ammoniac borane (NH3BH3).

Avantages :
Inconvénients :
Exemples :

Le borohydrure de sodium (NaBH4) a été utilisé dans certaines applications de piles à combustible. La recherche se concentre sur le développement de méthodes efficaces pour régénérer le borohydrure usé. L'ammoniac borane (NH3BH3) est un autre hydrure chimique prometteur, mais sa régénération reste un défi. Des chercheurs en Allemagne et aux États-Unis explorent diverses voies pour la régénération efficace de ces matériaux.

c) Liquides organiques porteurs d'hydrogène (LOHC)

Les LOHC sont des liquides organiques qui peuvent lier réversiblement l'hydrogène par des réactions d'hydrogénation et de déshydrogénation. Les exemples incluent le couple toluène/méthylcyclohexane et dibenzyltoluène/perhydro-dibenzyltoluène.

Avantages :
Inconvénients :
Exemples :

Le système toluène/méthylcyclohexane est l'un des LOHC les plus étudiés. L'hydrogène est ajouté au toluène pour former du méthylcyclohexane, qui peut être transporté et stocké. L'hydrogène est ensuite libéré en déshydrogénant le méthylcyclohexane pour revenir au toluène. Des entreprises au Japon et en Allemagne développent et déploient activement des solutions de stockage et de transport d'hydrogène basées sur les LOHC. Chiyoda Corporation au Japon a démontré une chaîne d'approvisionnement mondiale en hydrogène en utilisant sa technologie SPERA Hydrogen™ basée sur le système LOHC toluène/méthylcyclohexane, transportant l'hydrogène de Brunei au Japon.

3. Stockage à base de matériaux (Adsorption)

Cette méthode utilise des matériaux à grande surface spécifique, tels que le charbon actif, les réseaux métallo-organiques (MOF) et les nanotubes de carbone, pour adsorber les molécules d'hydrogène.

Avantages :
Inconvénients :
Exemples :

Des chercheurs du monde entier développent et caractérisent activement de nouveaux MOF et autres matériaux nanoporeux pour le stockage de l'hydrogène. Par exemple, des scientifiques dans des universités et des instituts de recherche aux États-Unis, en Europe et en Asie synthétisent des MOF avec des propriétés d'adsorption d'hydrogène améliorées, telles qu'une surface spécifique accrue et des interactions plus fortes avec les molécules d'hydrogène. La recherche de matériaux pouvant stocker efficacement l'hydrogène à des températures et pressions proches de l'ambiante reste un objectif clé.

Défis et orientations futures du stockage de l'hydrogène

Bien que des progrès significatifs aient été réalisés dans les technologies de stockage de l'hydrogène, plusieurs défis subsistent :

Les futurs efforts de recherche et de développement se concentrent sur la résolution de ces défis et le développement de solutions de stockage de l'hydrogène innovantes. Certains domaines d'intérêt clés incluent :

Initiatives et investissements mondiaux

Les gouvernements et les industries du monde entier investissent massivement dans la recherche et le développement du stockage de l'hydrogène. Les exemples incluent :

Conclusion

Le stockage de l'hydrogène est une technologie habilitante essentielle pour l'adoption généralisée de l'énergie hydrogène. Bien que des défis subsistent, les efforts continus de recherche et de développement stimulent l'innovation en science des matériaux, en ingénierie et en conception de systèmes. À mesure que les technologies de l'hydrogène mûrissent et que les coûts diminuent, le stockage de l'hydrogène jouera un rôle de plus en plus important dans la décarbonation de divers secteurs et la création d'un avenir énergétique durable pour le monde. La clé pour libérer tout le potentiel de l'hydrogène réside dans la poursuite continue de solutions de stockage efficaces, sûres et rentables capables de répondre aux besoins divers d'une économie mondiale de l'hydrogène. La collaboration internationale et le partage des connaissances sont essentiels pour accélérer les progrès dans ce domaine vital.