Mc Phy industrialise la production et le stockage d’hydrogène décarboné

A l’occasion de l’inauguration de son usine à la Motte-Fangas (Drôme) le vendredi 27 septembre 2013, McPhy ouvrait ses portes pour dévoiler le premier système industriel couplant production par électrolyse et stockage d’hydrogène solide. Pour mieux se positionner sur la production d’hydrogène, la start-up créée en 2008 a également annoncé la reprise de l’activité de développement et de fabrication d’électrolyseurs de l’allemand Enertrag. Eclairage sur le succès de McPhy.

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Mc Phy industrialise la production et le stockage d’hydrogène décarboné
Inauguration du système industriel de production d'hydrogène solide de McPhy

Le stockage d’hydrogène solide est une technologie mise au point par les deux fondateurs de McPhy, Michel Jehan, issu de l’industrie du magnésium, et Daniel Fruchart, chercheur au CNRS sur le stockage chimique de l’hydrogène. Elle se présente sous la forme d’une pastille d’hydrure de magnésium (MgH2) de 25 cm de diamètre qui peut contenir en masse 7% d’hydrogène. Comme une éponge le matériau délivre ou absorbe l’hydrogène à la demande. A une température donnée, si la pression d’équilibre est dépassée, le métal absorbe l’hydrogène, alors que dans le cas contraire il y a désorption.

La technologie permet une capacité volumique de stockage 2,5 fois supérieure au stockage gazeux sous pression (typiquement 200 bars). Un réservoir de 100 kg d’hydrogène a un contenu énergétique de 3,3 MWh. Le stockage de l’énergie dans un réservoir contenant plusieurs pastilles d’hydrure de magnésium admet un meilleur rendement global, de l’ordre 90% alors que la compression classique du gaz requiert à elle seule 10 à 25% du contenu énergétique du gaz. Il faudrait toutefois prendre en compte aussi les rendements des modes de production de l’hydrogène (de 60 à 90 % par électrolyse de l’eau) pour comparer les technologies.

L’hydrogène stocké peut alors être restitué sous forme d’électricité par une pile à combustible (PAC) ou directement utilisé. Avec un réservoir solide de l’hydrogène de 5 kg, on peut ainsi faire 500 kilomètres en voiture, faisant de la technologie une alternative crédible aux batteries, lourdes, peu autonomes, et lentes à recharger, pour développer le véhicule électrique. L’hydrogène peut aussi être utilisé dans les procédés industriels ou directement injecté dans le réseau de gaz naturel. En Allemagne, le premier marché sur lequel va être utilisée la solution de McPhy, l’électricité éolienne en trop peut ainsi être valorisée pour constituer le « windgaz » (le gaz du vent).

Un procédé maîtrisé du début à la fin

Pour en arriver au système de stockage final, plusieurs étapes sont nécessaires dont la première est l’hydruration du magnésium. La poudre de magnésium, un matériau abondant sur la croute terrestre, est placée dans un four à hydruration à près de 400 °C et 35 bars pour ressortir sous forme d’hydrure de magnésium, ensuite broyé puis compacté avec du graphite. Les pastilles auront deux types de destination selon l’usage qu’il en est fait.

Pour les réservoirs de faible capacité mais de plus grande efficacité (dits HES pour High Efficienticity Solution, de 10 à 25 kg), les pastilles sont placées par deux dans des capsules en inox, lesquelles sont ensuite empilées. Les capsules sont mises en contact thermique via les parois métalliques avec un matériau à changement de phase (PCM pour Phase Change Material) qui permet de stocker l’énergie thermique pendant le chargement (absorption) et de la rendre pendant le déchargement (désorption) de manière quasi-adiabiatique, c’est-à-dire avec des pertes énergétiques minimes.

Pour les réservoirs de plus grosse capacité mais de moins grande efficacité (dits HDS pour High Density Solution, de 100 à 500 kg), les pastilles sont directement empilées par cent dans des tubes en inox. Autour des tubes, la température est maintenue à 400°C. Le réservoir est plus important, mais génère davantage de pertes énergétiques que la solution HES.

Sur le site de la Motte-Fanjas, le démonstrateur constitué d’un électrolyseur de 60kW d’électricité peut produire 12 m3/heure d’hydrogène, stocké dans un réservoir HDS de 100 kg.Une première unité industrielle devrait être installée pour la station Total, alimentée par de l’électricité d’origine éolienne, sur l’aéroport Schönefeld de Berlin.

Deux types de réservoirs pour deux marchés

En couplant les réservoirs avec un électrolyseur, McPhy propose une solution double de production et de stockage d’hydrogène. Deux marchés spécifiques sont susceptibles d’être intéressés par la solution.

Le marché de l’énergie tout d’abord, pour lequel l’enjeu principal est la limitation des pertes énergétiques dites adiabatiques. Ce sont les réservoirs du type HES de 10 à 25 kg qui leur sont réservés, lesquels peuvent se cumuler pour aboutir à la capacité de stockage que l’on souhaite. Associé à une pile à combustible (PAC) et fonctionnant à basse température pour stocker plus logtemps l’hydrogène, le système électrolyseur-réservoir peut par exemple stocker l’électricité produite sur un site isolé pendant six mois puis la restituer les six autres mois. La désorption comme l’absorption complète de l’hydrogène est rapide : 6 heures suffisent pour vider le réservoir de son contenu.

Le marché industriel ensuite, dont les besoins demandent des réserves importantes de gaz. McPhy prévoit pour eux la construction de réservoirs HDS de 100 à 500 kg. Plus lente que pour les réservoirs HES, la désorption comme l’absoption demande 24 heures pour un réservoir de 100 kg.

La fabrication d’électrolyseurs pour compléter la stratégie

99,9% de l’hydrogène produit dans le monde provient des hydrocarbures. Pour avoir un hydrogène décarboné, Mc Phy s’est allié avec Enertrag, qui possède plus de 520 sites éoliens dans toute l’Europe. Dans le cadre de ce partenariat, Mc Phy reprend l’activité de développement et de fabrication d’électrolyseurs d’Enertrag en créant la filiale allemande McPhy Energy Deutschland à Wildau petite commune de l’état de Brandebourg à côté de Berlin.

Mc Phy avait déjà fait l’acquisition en décembre 2012 de la société italienne Piel, qui fabrique aussi des électrolyseurs. Avec des coûts différents et des performances différentes (rendement d’environ 60% pour les italiens contre 80% pour les allemands), chacune des deux filiales se positionnera sur des secteurs différents. Quant aux piles à combustible, McPhy en a laissé la production à Ballard chez qui il se fournit.

Pascal Mauberger, actuel président du Directoire de McPhy, devant un fagot de tubes remplis de pastilles d'hydrure de magnésium :

Un broyeur de McPhy : la poudre d'hydrure de magnésium y est broyée :

Un fagot de tubes contenant les pastilles :

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