Le gaz naturel de synthèse: une «batterie» prometteuse pour les énergies renouvelables
L’UE s’est engagée à ramener, avant 2050, ses émissions de gaz à effet de serre à un niveau situé entre 80 et 95 % du niveau de 1990. Des études suggèrent que l’énergie éolienne et l’énergie solaire constitueront les deux principaux piliers de la transition énergétique européenne. Il est de plus en plus important de pouvoir stocker l’excédent d’électricité afin d’assurer un approvisionnement énergétique ininterrompu. Le projet ElectroGas, financé par l’UE, a mis au point une technologie innovante basée sur l’électrolyse pour convertir l’électricité provenant de l’énergie éolienne et solaire en gaz naturel de synthèse stockable, une solution très efficace et respectueuse de l’environnement.
Stocker l’électricité sous forme de gaz
Utiliser l’électricité pour produire des gaz énergétiques comme l’hydrogène et le méthane est une vieille idée qui revient en force avec l’essor de la production d’énergie renouvelable. Ces vecteurs énergétiques ou combustibles gazeux flexibles offrent une solution de stockage d’énergie permettant de compenser les périodes avec des vents et un ensoleillement faibles. La première étape du processus consiste à produire de l’hydrogène synthétique par électrolyse, à partir d’eau et d’énergie renouvelable. La conversion de l’hydrogène renouvelable en méthane (l’ingrédient clé du gaz naturel) ou en d’autres hydrocarbures nécessite des étapes supplémentaires en aval du processus d’électrolyse. L’une de ces étapes consiste à utiliser une réaction inverse dite du gaz à l’eau (en anglais: water-gas-shift reaction) pour convertir le CO2 en monoxyde de carbone. Une autre étape consiste à mélanger l’hydrogène avec du monoxyde de carbone et du CO2 pour produire du gaz de synthèse, ou «syngas». Ce gaz est acheminé vers un réacteur catalytique afin d’obtenir des hydrocarbures (méthane, méthanol, acide formique, etc.). Les techniques conventionnelles utilisées pour produire du gaz de synthèse à partir de la biomasse nécessitent des températures élevées (entre 500 et 1 000 ºC) et de fortes pressions (plus de 40 bars). ElectroGas a fait la démonstration d’un procédé révolutionnaire qui permet de produire du gaz de synthèse à des températures (100 ºC) et des pressions (inférieures à 4 bars) plus basses.
Une meilleure alternative en termes de stockage d’énergie
«Le CO2 utilisé dans le processus est produit directement dans l’électrolyseur par l’oxydation d’électrodes de biocharbon (biomasse) afin d’assurer un cycle fermé pour le carbone. S’il provenait d’une source externe (fossile), comme dans les procédés industriels actuels, le processus ne serait pas considéré comme neutre en carbone», explique José Campos Rodrigues, coordinateur du projet. L’absence d’émissions de CO2 permet également d’étendre la portée des énergies renouvelables aux régions éloignées. «Le stockage de l’électricité renouvelable excédentaire sous forme de gaz naturel de synthèse pourrait rendre n’importe quelle région ou communauté autonome, en éliminant le recours aux importations de combustibles. Le gaz naturel de synthèse et les combustibles synthétiques liquides constituent une énorme opportunité commerciale pour les investisseurs, ainsi qu’une spécialisation prometteuse à forte valeur ajoutée, appelée à stimuler l’économie européenne», ajoute Campos Rodrigues. Par rapport à d’autres solutions de stockage de l’énergie (ou d’autres combustibles gazeux), un autre avantage de l’utilisation du gaz naturel de synthèse réside dans le fait qu’il soit facile à stocker et à transporter. Il peut être injecté dans les infrastructures existantes utilisées pour le gaz naturel, sans aucun traitement supplémentaire. ElectroGas offre également une meilleure alternative, plus fiable, aux batteries de secours utilisées dans les systèmes énergétiques hors réseau: les batteries ne peuvent pas stocker de l’énergie à un coût abordable pour compenser les fluctuations saisonnières. Au bout du compte, ElectroGas présente un coût d’investissement beaucoup plus faible que le pompage-turbinage hydroélectrique et n’affecte pas l’environnement. Les chercheurs travaillent actuellement à la mise à l’échelle de leur prototype de laboratoire pour en faire un électrolyseur de 5 kW. Des essais de terrain seront effectués avant la fin de l’année 2020. La technologie ElectroGas pourrait jouer un rôle important dans le stockage futur des énergies renouvelables, et ainsi aider l’UE à atteindre ses objectifs de réduction des émissions de carbone. Le gaz naturel de synthèse offre une alternative durable à la mobilité et à l’électrification des zones rurales ou isolées. Il pourrait faire office de catalyseur pour favoriser une forte pénétration (au-delà de 90 %) des énergies renouvelables intermittentes d’ici le milieu du siècle.
Mots‑clés
ElectroGas, gaz naturel de synthèse, stockage de l’énergie, CO2, énergie renouvelable, énergie solaire, méthane, électrolyseur
