ville durable et changement climatique

Des réalisations françaises à l’international

Stockage solide hydrogène pour la mobilité

Allemagne, Berlin
McPhy Energy
Mobilité , Energie
Aeroport de Berlin
-590 tCO2e/an
(-97 %)
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Le contexte

La part des énergies renouvelables dans notre mix énergétique va en s’accentuant. Si cette transition énergétique est nécessaire, elle soulève toutefois la question du lissage de la courbe de production des énergies renouvelables (éolien par exemple) et du stockage du surplus d’énergie. Ce sont aujourd’hui deux défis majeurs que relève McPhy Energy, spécialiste des solutions hydrogène dédiées au stockage d'énergie.

Convaincu du rôle prépondérant que l’hydrogène a à jouer face aux enjeux climatiques, le groupe a développé dès 2008 une solide expertise en production d’hydrogène par électrolyse de l’eau ; ainsi qu’une technologie disruptive de stockage d’hydrogène sous forme solide (développée en partenariat avec le CNRS et le CEA). Outre les performances énergétiques de l’hydrogène, ce stockage sous forme solide offre l’avantage d’une grande flexibilité et facilité d’intégration, tout en garantissant une sécurité optimale et une indépendance vis-à-vis des fournisseurs extérieurs.

En 2014, une solution pilote a été mise en place pour l'aéroport de Berlin. L'énergie renouvelable provenant d'un parc éolien proche de l'aéroport est convertie en hydrogène par un électrolyseur d'Enertrag qui lisse les fluctuations et le surplus d'énergie éolienne. L'hydrogène ainsi généré est réutilisé comme carburant pour la flotte de l'aéroport (autobus et voiture).

 

Enjeux GES

La transformation et le stockage sous forme d'hydrogène de la production d'énergie présente plusieurs intérêts en termes de limitation des émissions de GES :

  • Cela permet de mieux valoriser l’intermittence et les pics de production des énergies renouvelables tout en satisfaisant aux demandes d’énergie.
    Prenons l’exemple de l’éolien : lors des pics de production, l'énergie peut être perdue sans être valorisée. Lors des pics de consommation, si l'éolien ne produit pas, il faut a contrario faire appel à des solutions de substitution, généralement thermiques.
  • Cela permet de produire de l'hydrogène décarboné qui peut être utilisé dans divers usages comme la mobilité, et de facto réduire les émissions de particules et gaz à effet de serre dans nos villes. Rappelons que les véhicules hydrogène ont pour particularité de ne rejeter que de l'eau !
  • Cela permet d'accroitre le parc d'énergies renouvelables électriques
  • Cela permet d’apporter de la flexibilité à nos productions énergétiques.
Cas de référence

Production de 200 kg / jour d'hydrogène par vapoformage de méthane

Frontière du système :
  • Emissions du procédé de vapoformage
Données :
  • Facteurs d'émissions (source : PlasticsEurope)
    Production d'1 kg d'hydrogène par vapoformage : 8,4 kgCO2e / kg

+ 610 tCO2e/an

Cas étudié

Production de 200 kg / jour d'hydrogène par électrolyse

Frontière du système :
  • Emissions du procédé d'électrolyse à partir d'énergie éolienne
Données :
  • Données d'activité (source : AFHYPAC)
    Rendement de l'électrolyse : 70 à 85% (valeur retenue pour les calculs : 75%)
  • Données d'activité (source : Wikipedia)
    PCI du dihydrogène : 242,7 kJ·mol-1
    Masse molaire du dihydrogène : 2,015 g.mol-1
  • Facteurs d'émissions (source : Base Carbone)
    Electricité produite à partir d'énergie éolienne : 7,3 kgCO2e / kWh

+ 20 tCO2e/an

Réduction des émissions de GES
20 - 610 = -590 tCO2e/an
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La production d'hydrogène

Le dihydrogène (H2), utilisé comme combustible,  n'est pas disponible tel quel dans la nature. Divers procédés permettent de le produire. On pourra notamment citer :

  • Vapoformage d'hydrocarbure (principalement de méthane). Ce process consiste principalement en deux réactions chimiques : le reformage et la réaction à l'eau.
    Reformage (formule générale) : CnH(2n+2) + nH2O nCO + (2n+1)H2
    Reformage (formule pour le méthane) : CH4 + H2O → CO + 3 H2
    Réaction du gaz à l'eau : CO + H2O → CO2 + H2  
    Cette solution est courante dans l'industrie chimique notamment pour la production du syngas précurseur de l'ammoniac (procédé Haber-Bosch) et celui précurseur de la production du méthanol. (en savoir plus).
  • Gazéification du charbon.
  • Par fermentation, de façon similaire à la méthanisation.
  • Par électrolyse en utilisant de l'électricité. C'est ce procédé qui est utilisé dans l'exemple ci-dessus. Les émissions de GES de ce procédé sont entièrement liées à la façon dont est produite cette électricité.
    Electrolyse : 2H2O(l)  → 2H2(g) + O2(g) 
  • Par production thermochimique avec un fort apport de chaleur.
  • Par divers autres réactions chimiques.

Nous avons choisi le procédé de vapoformage de méthane comme solution de référence, car c'est le procédé le plus répandu.