Comme la densité d’énergie spécifique de masse de l l’hydrogène (33,3 kWh/kg) est l’une des plus élevées de tous les carburants, l’utilisation de l’hydrogène pour la mobilité et comme moyen de stockage de l’énergie a suscité et suscite toujours un grand intérêt.
Toutefois, l’un des principaux problèmes à résoudre est que le stockage de l’hydrogène est difficile et présente quelques inconvénients qu’il convient d’examiner attentivement.
Le stockage conventionnel de l’hydrogène se fait généralement en utilisant de l’hydrogène à l’état liquide à 20 K et à une densité de 71 kg/m^3.
La liquéfaction nécessite toutefois 30 % de l’énergie que l’hydrogène peut stocker.
En outre, l’hydrogène est également stocké à l’état gazeux à des niveaux de pression allant jusqu’à 700 bars dans des bouteilles, ce qui entraîne une perte d’énergie d’environ 12 % de l’énergie stockée en raison de la compression.
Les deux variantes s’accompagnent d’un risque de libération indésirable d’hydrogène gazeux en raison de son taux de diffusion élevé à travers la plupart des matériaux.
L’hydrogène n’étant pas chimiquement lié, il peut se diffuser facilement et il existe toujours un risque d’incendie et d’explosion dans les installations de stockage de l’hydrogène.
Pour y remédier, des études ont été menées récemment sur l’utilisation de cadres métallo-organiques, de combinaisons d’hydrures métalliques et de structures zéolitiques pour lier mécaniquement le stockage de l’hydrogène par sorption.
L’avantage est de réduire le risque de diffusion, mais la plupart des hydrures métalliques ont un rapport métal/hydrogène assez faible et un taux d’absorption et de libération de l’hydrogène lent.
Par conséquent, seul le système nickel-métal-hydrure a été largement accepté en raison de son utilisation comme batterie pour le stockage de l’hydrogène.
L’analyse thermique est l’outil idéal pour étudier les processus de sorption et de désorption de l’hydrogène.
L’étude est réalisée à l’aide d’analyseurs de sorption gravimétriques et volumétriques et de thermo-balances sous pression.
Avec la bonne configuration du trajet du gaz, des débits, des niveaux de pression et de vide, les zéolithes ainsi que les cadres métallo-organiques peuvent être caractérisés par TGA (thermogravimétrie) ainsi que par DSC (calorimètre différentiel à balayage)ce qui permet de déterminer la chaleur de sorption et de désorption.
Il existe actuellement un nouveau concept de technologie de stockage de l’hydrogène liquide utilisant des transporteurs organiques liquides (LOHC) tels que le dibenzyltoluène (DBT).
Il s’agit d’un liquide non toxique et difficilement inflammable qui peut absorber de l’hydrogène à 5 bars et à 200°C en utilisant un catalyseur Rh.
Le peroxy-DBT qui en résulte peut absorber 600 litres d’hydrogène gazeux par litre de liquide, soit une capacité de stockage de 2 kWh/kg.
La libération peut être réalisée à 300°C sous pression réduite.
Cette technologie permet d’atteindre un taux d’absorption et de libération beaucoup plus élevé qu’avec les systèmes de stockage d’hydrogène solide, tout en conservant l’avantage d’un faible taux de diffusion et donc d’un risque réduit de libération incontrôlée d’hydrogène.
Outre la nouvelle technologie des supports de stockage de l’hydrogène liquide, il existe également une approche du stockage qui consiste à lier chimiquement l’hydrogène à une autre molécule.
Un exemple classique de ce type de réaction est la célèbre synthèse Haber-Bosch de l’ammoniac à partir des éléments hydrogène et azote.
La production annuelle d’ammoniac s’élève à plus de 200 milliards de tonnes, dont les ¾ sont utilisés pour la production d’engrais.
La réaction de Haber-Bosch se produit généralement à 200 bars et 450°C en utilisant des catalyseurs à base de fer.
L’ammoniac qui en résulte est plus facile à manipuler et à stocker que l’hydrogène, mais il est toxique et corrosif, ce qui n’est pas le cas de l’hydrogène pur.
Le contenu énergétique de l’ammoniac est de 5,2 kWh/kg, ce qui signifie un taux d’efficacité de 63 % lors de la production à partir des éléments.
Le contenu énergétique est 2,6 fois plus élevé que celui du peroxy-DBT, mais ne représente qu’un sixième de celui de l’hydrogène pur.
Outre l’ammoniac, d’autres gaz peuvent être synthétisés à partir de l’hydrogène, comme le méthane ou d’autres hydrocarbures, ce qui réduit le risque de libération d’hydrogène.
Le méthane, par exemple, est le résultat de ce que l’on appelle la gazéification du charbon où le charbon de bois ou la biomasse sont traités avec de la vapeur d’eau à des températures et des pressions élevées pour créer d’abord du monoxyde de carbone et de l’hydrogène et, dans un deuxième temps, du méthane et de l’eau.
Ce processus est l’une des réactions les plus étudiées à l’aide de balances thermiques à haute température et à haute pression (ATG haute pression à haute pression et TG-DSC haute pression).
Comme ces systèmes peuvent être facilement équipés d’un système de contrôle de l d’humidité et de d’humidité et de vapeur ils peuvent mesurer le degré de gazéification, la teneur en carbone et la chaleur de réaction simultanément au cours d’une même expérience.
Le thème du stockage de l’hydrogène sera d’actualité pendant de nombreuses années.
