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Les «éponges» à hydrogène ouvrent la voie au stockage solide de cette forme d’énergie

Schéma éponge hydrogène Northwestern University DR

Le développement de filières et d’économies de l’hydrogène nécessite la construction d’infrastructures lourdes. Une technologie permettant de transporter ce carburant sous forme solide serait un progrès considérable.

Les véhicules à hydrogène et à pile à combustible utilisent des réservoirs d’hydrogène sous pression. La densité de l’hydrogène étant faible, ce gaz doit être compressé, en général à 700 bars, ou liquéfié à très basse température (-250 degrés) lors de son stockage et de son transport.

Cela représente des contraintes lourdes, techniques et de sécurité, pour le réseau de distribution et les bornes de recharge. Mais tout pourrait changer avec une nouvelle forme de stockage inédite de ce gaz via une «éponge métallique» utilisant de la poudre d’hydrure de magnésium.

Des milliards de pores

Ce sont des chercheurs de la Northwestern université aux Etats-Unis dans l’Illinois qui ont fait cette découverte. Ils décrivent son fonctionnement comme celui d’une éponge. Il faut appliquer une pression pour qu’elle se remplisse et une autre pour qu’elle se vide de ce qu’elle a absorbé. Cette éponge métallique contient des milliards de pores et comme il s’agit d’un nano matériau en deux dimensions, un gramme à une surface utilisable comparable à celle d’un terrain de football!

«Nous pouvons stocker d’incroyables quantités d’hydrogène et de méthane dans les pores de la structure métal-organique et les délivrer au moteur du véhicule à des pressions bien plus basses que celles utilisées aujourd’hui dans les véhicules à piles à combustible», a expliqué à la BBC le Professeur Omar Farha qui a conduit la recherche. Elle a notamment utilisé des éléments développés il y a plusieurs années pour le ministère américain de la défense afin de fabriquer des combinaisons permettant de protéger les soldats des gaz neurotoxiques en les absorbant.

Concernant l’énergie, cette forme de stockage est en fait étudiée depuis les années 1970 quand les premières économies de l’hydrogène ont été envisagées, notamment en France, après les chocs pétroliers. Mais le nucléaire et l’électrification ont été alors préférés à l’hydrogène. Aujourd’hui, des pays comme la Chine, le Japon, la Corée du sud et l’Allemagne ont fait le choix de développer des filières hydrogènes.

La nouvelle forme de stockage utilise les propriétés de certains métaux, et notamment le magnésium, capables de former des liaisons réversibles avec des atomes d’hydrogène. Longtemps considéré comme peu efficace, ce principe de stockage connaît aujourd’hui un regain d’intérêt grâce à l’utilisation de poudres très fines (nano structurées) accélérant à la fois l’absorption et la restitution du gaz.

Des galette d’hydrure de magnésium

Compressée en forme de galette, cette poudre d’hydrure de magnésium absorbe l’hydrogène sous une pression moyenne de 5 à 10 bars, tout en dégageant de la chaleur. Ensuite, à pression plus basse et avec l’apport de chaleur, la galette rejette son hydrogène. Avantage de cette éponge, la densité de gaz stocké est deux fois plus élevée que sous forme comprimée à 700 bars. Elle ne présente également aucun risque d’explosion.

Mais pour une utilisation sur un véhicule à pile à combustible, que ce soit une voiture, un camion, un train ou un navire, cette technique doit encore surmonter deux obstacles. Le premier concerne la vitesse de libération de l’hydrogène. Elle n’est pas aujourd’hui suffisante pour alimenter une pile à combustible lorsqu’elle doit fournir le courant nécessaire à une forte accélération.

Des applications d’abord stationnaires

Le second problème concerne les transferts de chaleur qui doivent aussi être mieux maitrisés, soit en stockant la chaleur émise lors du remplissage et en la libérant lors de la décharge du réservoir, ou en utilisant une source de chaleur externe comme celle d’un moteur thermique dans le cadre d’une motorisation hybride.

Cela signifie qu’aujourd’hui le stockage solide de l’hydrogène est utilisable avant tout pour des applications stationnaires. Mais il s’agit déjà d’un progrès considérable facilitant et simplifiant le stockage et la distribution du gaz. Et ce nouveau matériau a déjà passé avec succès les tests d’homologation du Département américain de l’énergie.

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