L’hydrogène semble réunir toutes les qualités pour assurer un futur énergétique durable. Seulement, son stockage pose de véritables problèmes pratiques qui ralentissent son essor. Heureusement, des recherches sont menées dans ce sens et aboutissent à des résultats probants et innovants ! 3 techniques sont développées pour faciliter le stockage de l’hydrogène : stockage sous forme comprimée, solide, liquide.
L’hydrogène en réservoir polymérique
Le type de stockage sous forme gazeuse reste encore le plus ancien. La légèreté de l’hydrogène est problématique car tout gaz léger se définit par un volume conséquent. En ayant une densité 14 fois moins élevé que celle de l’air, l’hydrogène est un gaz si léger qu’il est indispensable de réduire son volume pour qu’un réceptacle puisse le contenir. L’effet est le suivant : on fait augmenter sa pression, ce qui implique le plus souvent de comprimer le gaz. De plus, l’hydrogène s’échappe facilement. La matière du réservoir doit donc pouvoir résister à ce contenu extrêmement volatile et garantir l’herméticité du contenant, difficultés renforcées par le système de compression.
C’est donc sur la capacité de contenance des réservoirs que les évolutions techniques se concentrent. Le développement d’un réservoir dit de « type 4 » ou « polymérique » en est la preuve. A la différence d’un réservoir « métallique » (type 3), ce réservoir « haute pression » est composé d’ :
- Un liner polymère qui joue le rôle d’enveloppe étanche : les matériaux polymères sont connus pour leurs flexibilité, leur résistance ainsi que pour leur durabilité face à la fatigue industrielle et à l’usure. Ces qualités se retrouvent précisément dans les polyéthylènes haute densité vers lesquels s’orientent les recherches. Cependant, contrairement au réservoir métallique, l’étanchéité du type 4 n’est pas à toute épreuve. C’est pourquoi, pour palier à ce manque, le dépôt d’un film métallique est étudié pour une combinaison avec les matériaux polymères.
- Une structure résistante en fibre de carbone ou de verre : elle supporte les efforts de pression interne et les contraintes externes. Elle est déposée sous forme d’enroulement filamentaire : on applique une diversité de couches sur le liner. Elles sont disposées selon des orientations variées. Ces angles d’enroulement garantissent la solidité de la structure.
Malgré ces avancées, le stockage sous forme gazeuse comporte encore certaines imperfections, d’où le développement d’un stockage sous forme solide.
L’hydrogène sous forme solide
Si le volume élevé de l’hydrogène est un défaut et que sa réduction entraîne une montée en pression, pourquoi ne pas tout simplement le changer d’état ? Passer de la forme gazeuse à la forme solide ? Il occupera toujours un certain volume, mais beaucoup plus gérable et sans augmentation de pression.
Une solution possible consiste à absorber l’hydrogène gazeux au moyen d’une poudre métallique composite (le magnésium, en association avec le vanadium et le niobium, est actuellement considéré comme l’un des métaux les plus efficaces pour cette opération). En effet, dans des conditions de température et de pression adaptées, l’hydrogène réagit en présence de certains métaux en se laissant piéger en leur sein : leur combinaison aboutit à la formation d’un hydrure (hydrure de magnésium). Mais ce n’est pas le tout d’avoir réussi à « capter » l’hydrogène, encore faut-il pouvoir le récupérer. C’est l’avantage des hydrures : en plus d’être le résultat d’une combinaison pratique avec l’hydrogène, ils peuvent, à température et pression adéquate, le restituer. Ils forment avec l’hydrogène des liaisons dites « réversibles ». Le procédé se déroule selon les étapes suivantes :
- Broyage du métal pour produire une poudre composée de petits cristaux (nanométrique)
- Création des conditions de pression et de températures (entre 150° et 300°) pour déclencher la réaction d’hydruration
- Réaction d’hydruration : dissociation des molécules d’hydrogène à la surface du métal
- Absorption : diffusion des atomes d’hydrogène dans le métal
- Création des conditions de pression et de températures pour déclencher la désorption
- Désorption : restitution de l’hydrogène
Les possibilités d’optimisation des températures d’absorption et de désorption ainsi que la recherche du métal le plus adapté à la réaction d’hydruration sont toujours en cours. Parallèlement, une alternative encore plus prometteuse s’est développée : l’hydrogène sous forme liquide.
L’hydrogène sous forme liquide
De la même façon que l’on peut former des hydrures solides, il existe aussi des hydrures liquides. L’adaptation de cette réaction à l’hydrogène a notamment été mis au point par une start-up française : HySiLabs. La réaction d’hydruration se fait à partir d’un dérivé de la silice : le silicium. Il agit comme un vecteur liquide qui permet de stocker 7 fois plus d’hydrogène que sous sa forme gazeuse. C’est une avancée considérable en termes d’exploitation pratique, technologique et responsable de l’hydrogène. L’innovation consiste à allier :
- Combinaison de l’hydrogène et du silicium pour former un hydrure de silicium : les atomes d’hydrogène forment des liaisons avec les atomes de silicium.
- Réaction de l’hydrure de silicium formée avec…de l’eau et un catalyseur !
Il s’agit donc d’un procédé révolutionnaire car :
- Responsable et reposant sur une combinaison de liquides avec un impact environnemental modéré
- Réalisable dans des conditions de pression et de température ambiante
Il résulte de ce procédé « vert » un carburant liquide stable à base d’hydrogène : généré en moins de 10 secondes, l’hydrogène peut être directement utilisé dans :
- Une pile à combustible pour produire de l’électricité
- Un moteur thermique
