L’hydrogène est la clé de la décarbonation, dans l’industrie chimique comme dans les pays développés. Cependant, bien qu’il soit relativement facile et bon marché à produire, le H2 pur est notoirement difficile à transporter et à stocker. La plupart des méthodes nécessitent des coûts opérationnels et/ou énergétiques élevés.
H a la plus petite masse de tous les éléments connus et H2 est la plus légère de toutes les molécules. Ainsi, l’hydrogène a une densité extrêmement faible dans la pression atmosphérique. Afin de le stocker et de le transporter efficacement, il doit d’abord être condensé. Les méthodes conventionnelles comprennent :
- Compression haute pression – pour H2 à l’état gazeux, pressions de 350 à 700 bar ou plus.
- Liquéfaction cryogénique – pour H2 à l’état liquide, le refroidissant en dessous de son point d’ébullition de −253 °C
- Stockage à l’état solide – adsorption pour le stockage de l’hydrogène à la surface des solides ; absorption pour le stockage de l’hydrogène dans le réseau des solides
Les trois approches impliquent des coûts opérationnels et/ou énergétiques élevés (Rao & Yoon, 2020) :
- Les réservoirs capables de résister à une pression aussi élevée nécessitent l’utilisation de matériaux composites coûteux.
- La liquéfaction de l’hydrogène nécessite un process de refroidissement à plusieurs stockages et consomme l’équivalent d’environ 40 % de son contenu énergétique.
- Les inconvénients du stockage à l’état solide :
– faible capacité gravimétrique de <5,5 % en poids (le DOE a 6 % en poids comme cible)
– réversibilité limitée sous des pressions et des températures optimales
– instabilité des matériaux de stockage
– exigence de basses températures (−196°C)
Ces coûts, notamment énergétiques, ont un impact négatif sur le potentiel net zéro d’utilisation de l’hydrogène, surtout si l’énergie requise provient de sources non renouvelables. Les coûts énergétiques du transport de l’hydrogène sur de longues distances et de son stockage pendant de longues périodes ajoutent une inconnue.
Pour ces raisons, les chercheurs travaillent sur de nouveaux moyens moins énergivores de stocker l’hydrogène. Un procédé prometteur est l’utilisation de transporteurs d’hydrogène organiques liquides (LOHC), qui ouvre également de nouvelles possibilités pour la capture de la chaleur et la régénération des catalyseurs.
Systèmes LOHC : Beaucoup de points positifs (et quelques points négatifs)
Comme leur nom l’indique, les transporteurs d’hydrogène organiques liquides sont des composés carbone-hydrogène ou carbone-carbone qui restent liquides aux températures et pressions ambiantes.
Pour transporter l’hydrogène, les LOHC pauvres en hydrogène réagissent avec l’hydrogène dans une réaction catalytique exothermique à pression élevée (30–50 bar) et à haute température (150–200 °C).
Une fois saturé, LOHC stocke l’hydrogène de manière relativement sûre dans des conditions ambiantes. Lorsque l’hydrogène est nécessaire, le LOHC riche en hydrogène libère de l’hydrogène dans une réaction catalytique endothermique à des températures plus élevées (250–320°C). Ce process d’hydrogénation/déshydrogénation est plus facile et plus économique que la compression ou la liquéfaction de l’hydrogène, et a une plus grande capacité de charge que le stockage en phase solide.
Les chercheurs expérimentent actuellement différents composés riches et pauvres en hydrogène pour voir lesquels offrent le plus de points positifs et le moins de points négatifs. Ces couples comprennent le méthylcyclohexane (MCH)/toluène, le perhydro-dibenzyltoluène/dibenzyltoluène et le décaline/naphtalène.
Les systèmes LOHC sont au centre de l’attention car ils permettent, en principe, le stockage et le transport de quantités massives d’hydrogène pendant une durée presque illimitée – et le tout sans risque de fuite d’hydrogène.
Pour faire simple, les seules limitations de quantité et de durée dépendent de la taille du réservoir et des caractéristiques techniques du composé LOHC. De plus, contrairement aux autres concepts Power-to-X*, les systèmes LOHC permettent de stocker de l’énergie sans rejeter de CO2 ou de N2 dans l’atmosphère. Ainsi, ce type de stockage d’hydrogène est une étape positive vers la réalisation du potentiel de H2 en tant que carburant respectueux de l’environnement.
Cependant, les systèmes LOHC ne sont pas sans inconvénients. Par exemple, bien que le dibenzyltoluène brûle lentement, il ne doit pas être touché ni ingéré et constitue un danger s’il pénètre dans l’approvisionnement en eau. Travailler avec les LOHC nécessite de prendre les précautions de sécurité les plus élevées, nécessaires à la protection de l’environnement, de la santé humaine et des entreprises. Et cela nécessite un contrôle continu au moyen d’une technologie de mesure précise et fiable.
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* Power-to-X fait référence aux voies qui convertissent, stockent et reconvertissent l’électricité excédentaire générée à l’aide de l’énergie solaire, éolienne et d’autres sources renouvelables (énergie) en une large gamme de produits (X), tels que les carburants de transport, les produits chimiques et chaleur. Utilisé principalement en Europe du Nord, ce terme fourre-tout est un raccourci pour transformer l’énergie verte en carburant vert.