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L'énergie à découvert

 | 
Rémy Mosseri
, 
Catherine Jeandel

Sixième partie. Entre sources et usages : stockage et vecteurs d'énergie

6. Stockage solide de l’hydrogène

Daniel Fruchart

Texte intégral

1Outre les modalités de stockage sous forme gazeuse ou liquide, l’hydrogène peut être conservé, selon la voie dite « du stockage chimique », dans des matériaux solides. On obtient la formation de composés définis, ou hydrures, où l’atome d’hydrogène, issu de la dissociation de la molécule H2 forme une liaison métallique ou « iono-covalente » avec les éléments d’une structure existante, le plus souvent formée de façon majoritaire d’atomes métalliques. Le phénomène est réversible la plupart du temps, l’atome H occupant alors des sites interstitiels, laissant le réseau métallique assez peu perturbé. À la désorption*, les atomes hydrogène quittent la liaison chimique pour reformer des molécules de gaz H2 (figure 1). Le matériau métallique agit donc comme une éponge qui absorbe et désorbe l’hydrogène suivant des cycles (température, pression) maîtrisés.

2Les hydrures métalliques peuvent être classés en plusieurs familles, selon leurs structures et propriétés thermodynamiques. Une catégorie d’intermétalliques forme des hydrures dits « de basse température », réversibles à température proche de l’ambiante et pour des pressions plutôt modérées. On les retrouve dans diverses applications, par exemple comme constituant des électrodes de batteries rechargeables. Un exemple intéressant, déjà entré en production industrielle, est celui du magnésium nano-structuré (figure 2), dopé par un catalyseur* d’hydrogénation pour former rapidement MgH2. Le magnésium (bon marché, recyclable, biocompatible) réagit vers 320 °C sous une pression d’environ 0,1 MPa. Si la réaction « coûte » ~ 1/3 de l’énergie de combustion de l’hydrogène, l’application stationnaire dotée d’un système régénérateur de chaleur est adaptée à des applications de lissage des débits de réseaux électriques couplés à des ENR, pour des énergies en jeu de quelques dizaines de kWh jusqu’au-delà du GWh.

Fig. 1 – Dissociation de l’hydrogène en surface, diffusion dans le métal et formation de l’hydrure métallique

3Comparé au stockage liquide ou gazeux, le stockage solide sur hydrure est nettement avantageux sur le plan volumique. S’il est bien moins performant sur le plan massique, il faut cependant tenir compte de la masse du conteneur pressurisé, voire cryogénique. Il est également plus sécuritaire, car la désorption endothermique des hydrures réduit très sensiblement, voire complètement, le risque de dispersion de l’hydrogène. Enfin le stockage solide étant réalisé sous faible pression comme celle délivrée par un électrolyseur, la dépense énergétique est donc minime contrairement à la compression ou à la liquéfaction.

Fig. 2 – Structuration nanométrique d’une poudre d’hydrure de magnésium observée en microscopie électronique à transmission

4Le stockage de l’énergie résultant des sources écologiques mais intermittentes (éolien, solaire…) reste toujours une question majeure, pour laquelle la solution hydrogène semble pratiquement et économiquement incontournable. Pour le stockage stationnaire, la solution MgH2 est prometteuse jusqu’au-delà du GWh. Pour l’application mobile (voiture à PEMFC : pile à combustible à membrane d’échange de protons) il n’y a pas de solution stockage solide qui semble pouvoir satisfaire les critères actuels, le stockage gazeux en étant le plus proche. Cependant le moteur à combustion interne (ou la turbine) d’un véhicule hybride pourrait être « alimenté » depuis un réservoir MgH2 tout en régénérant la chaleur perdue. D’autre part, des hydrures plus lourds sont d’ores et déjà utilisés pour des flottes captives, de véhicules lourds en particulier.

Table des illustrations

Légende Fig. 1 – Dissociation de l’hydrogène en surface, diffusion dans le métal et formation de l’hydrure métallique
URL http://books.openedition.org/editionscnrs/docannexe/image/11111/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 46k
Légende Fig. 2 – Structuration nanométrique d’une poudre d’hydrure de magnésium observée en microscopie électronique à transmission
URL http://books.openedition.org/editionscnrs/docannexe/image/11111/img-2.jpg
Fichier image/jpeg, 165k

Auteur

Directeur de Recherche Émérite au CNRS, Institut Néel, Département MCMF, Groupe IICE, Grenoble.
daniel.fruchart@grenoble.cnrs.fr

© CNRS Éditions, 2013

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