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L'Usine de l'Energie

Le stockage par production d’hydrogène, solution aux intermittences saisonnières des énergies renouvelables

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Publié le

Tribune En 2019, 100 millions d'euros ont été attribués dans le cadre du plan  hydrogène afin de développer l'hydrogène dans l'industrie, les mobilités et l'énergie. Mais pour Anna Rajzbaum, consultante et George Bakkar, manager au sein du pôle Energie du cabinet PMP, le stockage d'hydrogène reste cependant incomplet et inexpérimenté.

Le stockage par production d’hydrogène, solution aux intermittences saisonnières des énergies renouvelables
Photos prétexte.
© CEA Tech

Dans le contexte du changement climatique, l’hydrogène apparaît comme une solution innovante pour la production et le stockage d’énergie. Le plan hydrogène, mis en place par le gouvernement français, a ainsi pour objectif de développer cette filière et d’accélérer la transition énergétique des territoires. Dans ce cadre, 100 millions d’euros ont été attribués en 2019 afin d’accompagner les premiers déploiements de l’hydrogène dans l’industrie, les mobilités et l’énergie [1].

L’un des usages possibles de l’hydrogène dans la filière énergétique est le stockage de l’énergie. Cela consiste à synthétiser une quantité d’hydrogène par courant électrique (électrolyse), puis à stocker le gaz pour ensuite reproduire ce courant électrique grâce à une pile à combustible.

Les différentes étapes du stockage par production d’hydrogène :

Ce type de stockage représente une solution entièrement verte, dès lors que l’électricité ayant permis de synthétiser l’hydrogène est décarbonée. Du reste, les réactions liées à l’électrolyse et à la pile à combustible ne rejettent aucun gaz polluant.

 

Le stockage par production d’hydrogène, une solution complémentaire aux batteries traditionnelles contre l’intermittence saisonnière des énergies renouvelables

 

Cette solution de stockage peut être utilisée en complément de centrales de production d’énergies renouvelables, afin de pallier leur caractère intermittent.

L’hydrogène, contrairement à d’autres solutions de stockage, peut en effet se conserver plusieurs mois avant d’être utilisé pour la production d’électricité. Or, les énergies renouvelables subissent un fort effet de saisonnalité dans la production d’énergie (alternance de saisons sèches et humides, chaudes ou froides, …). A titre d’exemple, la production d’une centrale solaire en France est près de quatre fois plus élevée au mois d’août qu’au mois de décembre, tandis que la consommation moyenne d’un bâtiment suit la tendance inverse. Ainsi, contrairement aux batteries lithium-ion classiques, qui subissent une autodécharge et sont utilisées pour pallier les intermittences journalières, le stockage par production d’hydrogène permet de remédier à cette saisonnalité.   

 

Des défis restent cependant à relever dans le développement de la filière hydrogène-énergie

Les principaux enjeux de développement de la filière hydrogène-énergie sont de trois ordres.

Le premier est le coût élevé de cette technologie, notamment celui des piles à combustible permettant de générer un courant électrique à partir de l’hydrogène. Si l’on prend l’exemple de l’industrie automobile, une voiture à hydrogène coûte aujourd’hui en moyenne 70 000€, contre 30 000€ pour une voiture électrique classique. La principale différence de prix s’explique par le coût des matières premières composant la pile à combustible, notamment celui du platine. Or, le faible nombre de piles commercialisées ne permet pas à ce jour de réaliser des économies d’échelle et d’abaisser significativement leurs coûts.

Le faible rendement énergétique de cette solution de stockage est un autre enjeu majeur de cette filière. Une grande partie des technologies en circulation aujourd’hui offre un rendement compris entre 40% et 55% (Ineris - Etude comparative des règlementations, guides et normes concernant les électrolyseurs et le stockage d’hydrogène), contre un rendement proche de 100% pour les batteries lithium-ion. Certains électrolyseurs ou piles à combustibles avec de meilleurs rendements se développent, mais leur coût reste prohibitif : la maturité économique de ces technologies n’est prévue qu’à l’horizon 2030.

Enfin, la question du transport de l’hydrogène se pose lorsqu’il n’existe pas d’infrastructures de transport de gaz (gazoducs) sur le territoire. En l’absence de réseau, l’hydrogène doit être soumis à haute pression, voire compressé sous forme liquide, ou encore stocké sous forme solide pour être transporté. En plus d’être coûteux, ces procédés sont énergivores et diminuent d’autant plus le rendement du stockage.

 

Le stockage par production d’hydrogène est un marché prometteur, mais encore immature

Face à ces enjeux, il est particulièrement intéressant d’associer les technologies de stockage par production d’hydrogène aux énergies renouvelables, notamment solaires et éoliennes. En effet, en plus d’être une solution directe à l’intermittence saisonnière de la production, le stockage sur site permet d’éviter les contraintes du transport.

Une forte volonté politique de développer cette filière serait un moyen d’en réduire les coûts comme ce qui a été constaté pour les batteries lithium-ion, dont le prix a chuté de 85% entre 2010 et 2018. Par ailleurs, le prix du carbone et des énergies fossiles pourrait connaître une forte augmentation à la suite des différentes décisions politiques liées à la nécessaire transition énergétique. Cela permettrait à de telles technologies de gagner en compétitivité, afin d’être déployées à plus grande échelle, et de voir des innovations technologiques améliorer leur rendement énergétique, faisant du stockage par production d’hydrogène une réponse compétitive face à l’urgence climatique et aux enjeux liés au développement durable.

Anna Rajzbaum, consultante et George Bakkar, manager au sein du pôle Energie du cabinet PMP.

 

Les avis d'expert sont publiés sous la responsabilité de leurs auteurs et n'engagent en rien la rédaction de L'Usine Nouvelle.

 

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9 commentaires

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30/07/2019 - 14h26 -

Pour le stockage d'énergie longue durée, l'azote liquide coute beaucoup moins cher: simple réservoir en inox à pression atmosphérique, meilleur rendement.
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29/07/2019 - 11h13 -

Un dessin valant mieux qu'un long discours: https://phys.org/news/2006-12-hydrogen-economy-doesnt.html Difficile de lutter contre les équations électrochimiques!
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29/07/2019 - 10h09 -

je ne savais pas que les batteries li-ion subissaient de l'auto decharge. quand je pars en vacances, je laisse ma zoé chargée entre 40 et 80%, en revenant au bout de 3 semaines, le % de charge n'a pas changé. a comparer au rendement d'une pac, recycler les anciennes batteries pour faire du stockage semble plus economique et ecologique
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28/07/2019 - 14h50 -

Pourquoi s'acharne-t-on sur les piles à combustible qui sont de vraies usines à gaz ( sans jeu de mots) sans chercher à faire fonctionner un moteur thermique classique rotatif ou autre avec de l'hydrogène en guise de carburant (testé par BMW il y a quelques années) ? Moteurs thermiques = technologies éprouvées et outils industriels performants, sans ingrédients exotiques (terres rares, lithium, platine . . .) Quelqu'un peut l'éclairer ? Cédric
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29/07/2019 - 10h38 -

Le rendement d'un moteur thermique alimenté en hydrogène est réellement faible et la consommation très élevée. Reste donc le problème du stockage de carburant. C'est pour cela que la recherche sur la pile à combustible est nécessaire.
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28/07/2019 - 11h44 -

Bonjour, Par le passé le meunier travaillait lorsque le vent était favorable ou l'eau suffisante dans le bief. Les énergies intermittentes ne demandent elle pas que l'activité humaine s'adapte. Fini le travail à heure fixe pour ceux qui utilisent l'énergie de vent, du soleil de la marée. ... Fini l'approvisionnement d'un hyper réseau électrique qui en théorie permet à chacun d'y puiser toute l'énergie qu'il souhaite quand il le désire. Est ce que l'efficacité d'un système utilisant l'énergie au plus près de sa source,sans stockage, serait suffisament grande pour rémunérer des hommes et des femmes de façon équitable qui travailleraient de façon intermittente. Ce type d'organisation de travail existe encore en agriculture, à la pêche. Les deux commandées par les conditions climatiques.
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28/07/2019 - 10h45 -

Pourquoi n'y a-t-il pas de référence à McPhy et à l'hydrure de magnésium ?
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28/07/2019 - 08h51 -

Un handicap fatal n'est même pas évoqué dans cet article : le rendement du cycle e-h-e qui conduit à récupèrer en aval moins du tiers de l'énergie électrique fournie en amont. Par ailleurs l'hydrogène est la plus petite molécule de l'Univers et non la deuxième après l'hélium comme dit ailleurs dans un des messages. Et elle traverse donc toutes les matières ce n'est qu'une question de temps. A l'époque des dangereux Zeppelin, durant tout le voyage il fallait en permanence compenser ces pertes à partir de bouteilles d'hydrogène liquide. Et le danger en plus
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31/07/2019 - 14h22 -

En ce qui concerne la taille de la molécule d'un gaz, tout dépend de la convention de mesure (noyau augmenté ou pas de la présence probabiliste du nuage d'électron(s) . La molécule de Neobium à une taille encore plus réduite que celle de l'hélium.
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01/08/2019 - 08h02 -

Erreur lamentable de ma part, (Ne) est le symbole du Néon et non pas du Néobium.
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27/07/2019 - 19h44 -

Article clair et très instructif. Merci
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27/07/2019 - 14h22 -

Il est peu probable que l'on puisse stocker économiquement de l'hydrogène à très haute pression pendant "des mois". La molécule est très petite, juste au dessus de celle de l'hélium et a tendance à traverser tous les matériaux chargés de la contenir, sans parler des joints, vannes et soupapes divers. De plus la réglementation relative aux stockage sous pression est particulièrement contraignante avec son cortège d'épreuves périodiques voire de remplacement obligatoire des réservoirs toutes les X années. Tant que les procédés de stockage solides ou d'auto-compression lors de l'hydrolyse ne sont pas au point, il faudra autant d'énergie pour compresser de l'hydrogène à 700 bars que pour faire avancer le véhicule auquel il est destiné.
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