Vers la commercialisation d’une énergie durable à base d’hydrogène
L’hydrogène est une source d’énergie propre prometteuse qui pourrait révolutionner nos systèmes énergétiques. La combinaison d’hydrogène et d’oxygène dans une pile à combustible peut produire de l’électricité, alors que l’eau et la chaleur sont les seuls sous-produits. Pourtant, de nombreuses méthodes de production d’hydrogène (par exemple à partir du méthane) ne sont pas exemptes d’émissions et risquent d’exacerber les problèmes existants liés au changement climatique. L’hydrogène créé sans ces émissions nocives est connu sous le nom d’«hydrogène vert». Dans le cadre du projet HYDROSOL-beyond, financé par l’UE, les chercheurs ont travaillé à l’aboutissement d’une série de projets antérieurs visant à commercialiser de l’hydrogène vert durable. L’équipe a amélioré la technologie qu’elle a commencé à mettre au point il y a 20 ans: une usine de production d’hydrogène innovante capable de créer de l’hydrogène vert grâce à l’énergie solaire. «La technologie recourt à l’énergie solaire concentrée ciblée sur un réacteur, afin d’atteindre les températures élevées requises pour les réactions d’oxydoréduction thermochimiques solaires pour diviser l’eau et produire de l’hydrogène solaire», explique Souzana Lorentzou, ingénieure chimiste au Centre for Research & Technology Hellas (CERTH), en Grèce. «L’énergie solaire est ainsi stockée dans un vecteur énergétique qui peut être utilisé à tout moment et en tout lieu, ce qui permet d’éviter les limitations temporelles et locales de l’énergie solaire», poursuit Souzana Lorentzou.
Identifier les défis et tester de nouvelles solutions
La technologie est appliquée à une installation solaire composée d’un champ d’héliostats et d’une tour solaire semblable aux centrales solaires à concentration utilisées pour produire de l’électricité à partir du soleil. Le réacteur solaire est situé sur la tour solaire, et le champ d’héliostats dirige et concentre les rayons du soleil sur l’ouverture du réacteur. L’utilisation d’un concentrateur secondaire à l’ouverture du réacteur permet de concentrer davantage le rayonnement solaire, ce qui réduit les déversements à l’entrée du réacteur. Dans le cadre du projet HYDROSOL-beyond, l’équipe s’est efforcée d’identifier et de relever certains défis inhérents au système, notamment la minimisation des gaz inertes, la récupération de la chaleur résiduelle et la production d’hydrogène avec un rendement supérieur à 5 % lors des essais sur le terrain. Les activités se sont concentrées sur le développement de nouveaux concepts à intégrer dans la plateforme solaire existante et sur la réalisation d’expériences solaires à la Plataforma Solar de Almería, en Espagne.
Améliorer les capacités de l’usine de production d’hydrogène vert
L’équipe a créé et testé, à l’échelle du laboratoire, de nouvelles structures de réseau d’oxydes métalliques d’oxydoréduction utilisés pour séparer l’eau et piéger l’oxygène. «Ces structures ont montré une durabilité à long terme, conservant leur rendement en hydrogène après plus de 1 100 cycles», explique Souzana Lorentzou. En outre, un concept innovant de piégeage de l’oxygène a permis de réduire avec succès la consommation de gaz inerte, également à l’échelle du laboratoire. Au cours de la phase finale du projet, les principales réalisations ont été la mise à l’échelle d’un nouvel échangeur de chaleur hybride céramique-métal et son intégration dans la plateforme de récupération de la chaleur. Des réparations et des améliorations ont été apportées aux réacteurs et aux systèmes optiques afin de garantir un fonctionnement sûr et efficace.
Améliorer l’utilisation de l’énergie solaire
Le projet a permis à l’équipe d’approfondir sa compréhension des aspects opérationnels d’une installation de tour solaire, en identifiant les forces et les faiblesses. Cependant, les résultats de la production d’hydrogène solaire à partir de différents concepts de réacteurs testés dans des environnements réels n’ont pas répondu aux attentes en termes de viabilité technico-économique. «Bien que les procédés thermochimiques solaires soient théoriquement prometteurs, d’importants défis techniques et économiques doivent être relevés avant leur déploiement à grande échelle», note Souzana Lorentzou. «Néanmoins, les réalisations d’HYDROSOL-beyond soulignent les promesses des technologies thermochimiques solaires et ouvrent de nouvelles voies pour le leadership européen dans les technologies solaires à haute température», ajoute-t-elle.
Mots‑clés
HYDROSOL-beyond, solaire, énergie, hydrogène vert, réactions, thermochimique
