EDF Lab Les Renardières - Julien Pomeret (à gauche) et T. Truong (à droite) contrôlent un cable. Au second plan, des torons de cables sont visibles

Pour que l’hydrogène occupe une véritable place dans le stockage des EnR excédentaires, des progrès sont nécessaires sur deux technologies complémentaires : l’électrolyse à membrane PEM qui ouvre de nouvelles voies de stockage de l’énergie et la pile à combustible qui restitue l’électricité stockée.

Les intérêts de l’hydrogène sont multiples

En premier lieu, il affiche un excellent rapport énergétique : l’hydrogène produit quatre fois plus d’énergie que le pétrole ou le gaz naturel et fournit un combustible non polluant car il produit de l’eau sans gaz carbonique. La condition indispensable pour y parvenir : le fabriquer en utilisant des énergies renouvelables, tout l’enjeu du nouveau business de l’hydrogène.
Actuellement, 95 % de l’hydrogène industriel provient des hydrocarbures. Un des processus les plus courants consiste justement à fabriquer l’hydrogène par vaporeformage, technique utilisant du gaz naturel. L’objectif prioritaire consiste donc aujourd’hui à remplacer la production d’hydrogène industriel basé sur les énergies fossiles par une production utilisant des énergies renouvelables.

Deux processus pour relier hydrogène et électricité

Parmi les techniques qui ouvrent la voie à un hydrogène vert produit à partir de surplus d’électricité renouvelable intermittente :

1 – L’électrolyse (passage de l’électricité à l’hydrogène)
La méthode consiste à décomposer les molécules d’eau, à l’aide d’un courant électrique en provenance des EnR, pour obtenir d’un côté de l’oxygène (O2) et de l’hydrogène (H2).

L’électrolyse alcaline est la plus utilisée actuellement et affiche des coûts d’investissement faibles et un rendement de 68 à 77 %. Peu réactive aux variations de puissance, elle produit de l’hydrogène facilement à partir d’hydroélectricité mais n’est pas adaptée au couplage avec de l’énergie photovoltaïque ou éolienne.

Avec l’évolution rapide des technologies, l’électrolyse à membrane PEM (Membrane à échange de proton) ouvre de nouvelles voies. Son rendement est sensiblement identique à celui de l’électrolyse alcaline mais son intérêt réside dans son excellente réactivité aux variations de puissance, ce qui la rend particulièrement adaptée pour intégrer des EnR intermittentes.
Très prometteuse, cette technologie encore coûteuse (2 fois les coûts de l’électrolyse alcaline) doit lever encore quelques obstacles mais profite déjà d’importants efforts de recherche.

2 – La pile à combustible (passage de l’hydrogène à l’électricité)
Maillon essentiel pour récupérer l’électricité transformée en hydrogène, la pile à combustible (PAC) se décline en différentes puissances suivant les applications : piles stationnaires pour alimenter des bâtiments en électricité et chaleur, piles embarquées dans les véhicules électriques. Selon Air Liquide, le rendement d’une pile à combustible varie entre 30 et 70 %. Avec une plus grande autonomie que les batteries et des temps de recharge plus courts, la pile à combustible apporte une réponse complémentaire à un système énergétique propre. À la suite de travaux de recherche, Axane filiale de Air Liquide dispose de piles à combustible atteignant plus de 7 000 heures de fonctionnement continu et avec un prix divisé par 6 en 10 ans.

Power to gas, l’hydrogène propre dans tous ses usages

Le Power to gas consiste à convertir de l’électricité en hydrogène par électrolyse de l’eau et en méthane de synthèse en ajoutant une étape de méthanation. C’est notamment l’objet du projet Jupiter 1000, qui regroupe GRTgaz et sept partenaires. Le projet Hybalance, coordonné par Air Liquide au Danemark, produit de l’hydrogène.

L’hydrogène ainsi produit apporte une solution pour absorber l’excédent d’EnR non valorisable dans le réseau électrique qui pourra être utilisé de plusieurs façons :

  • Stocké localement en longue durée (à l’échelle d’une saison entière par exemple), l’hydrogène est ensuite reconverti en électricité durant les heures de pointe sur le réseau via une pile à combustible. L’hydrogène joue alors un rôle de tampon pour améliorer la stabilité de la production électrique.
  • Utilisé en carburant de la mobilité propre, l’hydrogène va alimenter les pompes et les stations-service.
  • Réinjecté sous forme d’électricité via la pile à combustible dans des applications stationnaires ou mobiles (voitures, utilitaires, chariots élévateurs, etc…).
  • Injecté directement dans les réseaux de gaz, seul ou combiné avec du gaz naturel.
  • Recombiné au CO2 capté à partir des fumées industrielles des usines, il permet, après une opération de méthanation, de créer du méthane de synthèse destiné au réseau de gaz tout en contribuant à la réduction des émissions de CO2.

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