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Green Industrial Hydrogen via Reversible High-Temperature Electrolysis

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La production industrielle d’hydrogène vert décarbonise l’avenir électrique de l’Europe

Les sources d’électricité renouvelables ne sont pas toujours constantes, ce qui pose un problème au niveau de la transition vers des économies sobres en carbone. Le projet primé GrInHy a mis au point une technologie prototype qui génère de l’énergie basée sur l’hydrogène verte, flexible et à haut rendement pour permettre une industrie sidérurgique à très faibles émissions.

Énergie

La transition vers des économies compétitives et à faibles émissions de carbone constitue le défi majeur de notre société. Pour atteindre cet objectif, que la Commission européenne a fixé à 2050, tous les pans de l’économie devront faire un usage généralisé de l’électricité issue de sources renouvelables. Or, les sources d’énergie renouvelables ont un caractère souvent intermittent et tous les secteurs ne peuvent pas en bénéficier. L’électrolyse à haute température (HTE) est l’une des technologies les plus prometteuses pour contourner cette problématique, dans la mesure où elle fournit une source d’énergie très efficace et offrant une grande souplesse. «L’objectif cardinal de GrInHy était de fabriquer le plus grand électrolyseur à haute température (HTE) réversible au monde capable de produire de l’hydrogène lorsque de l’électricité renouvelable est abondante, et de produire de l’électricité à partir d’hydrogène ou de gaz naturel lorsque l’électricité renouvelable est rare», explique M. Simon Kroop, rattaché à Salzgitter Mannesmann Forschung et coordinateur du projet GrInHy. «Tous les objectifs et jalons du projet ont été atteints et seuls des écarts mineurs ont été constatés», explique M. Kroop. Un prototype offrant une certaine souplesse et applicable sur le plan dynamique – exploitant la technologie développée par Sunfire GmbH – a été conçu, fabriqué et intégré avec succès dans une installation sidérurgique existante. L’équipe de GrInHy a démontré le potentiel de production d’hydrogène vert par HTE pour le concept sidérurgique à faibles émissions de carbone et à base d’hydrogène de Salzgitter AG, afin de réduire les émissions totales de plus de 95 %, une ambition qui va bien au-delà des besoins actuels pour les procédés de recuit. Fort du succès du projet, GrInHy a été nommé pour le «FCH JU Awards 2018 Best Project Innovation». Réutiliser, recycler, répéter L’électrolyse à haute température permet de décomposer la vapeur en hydrogène et en oxygène de manière très efficace. Étant donné que l’apport en énergie (vapeur) est essentiellement de la chaleur perdue, le système fonctionne de façon beaucoup plus efficace et durable que les technologies traditionnelles. «Le plus grand avantage en termes d’efficacité électrique réside dans l’utilisation directe de la vapeur industrielle provenant de la chaleur résiduelle à environ 150 °C générée par des processus à l’œuvre dans les installations sidérurgiques. Cela permet non seulement de réduire la demande d’énergie électrique par rapport à d’autres technologies d’électrolyseurs, mais aussi de diminuer les coûts d’exploitation de l’énergie», explique M. Kroop. Avec 10 000 heures de fonctionnement au total, le prototype a fonctionné dans les modes suivants: électrolyse, pile à combustible et veille à chaud. «L’aspect le plus important de cette technologie, c’est que l’électrolyseur utilise directement la vapeur industrielle générée par les procédés de récupération de chaleur résiduelle pour produire de l’hydrogène qui satisfait aux exigences de qualité des procédés de recuit de l’acier des installations sidérurgiques», explique M. Kroop. Un travail remarquable à tous les niveaux «Je suis très fier du travail d’équipe exceptionnel dont a fait preuve le consortium du projet européen. Nous avions huit partenaires provenant de cinq pays différents de l’UE. Au total, plus de 30 experts et chercheurs issus d’horizons différents ont collaboré étroitement pour franchir une étape importante dans le développement de la technologie HTE et en faire un produit commercialisable», explique M. Kroop. L’équipe de GrInHy a évalué, dans le cadre d’études connexes, la structure des coûts de la technologie, le bilan de rentabilité potentiel et la performance environnementale. Le projet a également permis de fortement sensibiliser le public grâce à la tenue de conférences scientifiques, de foires internationales et d’ateliers consacrés à la technologie de l’hydrogène. Bien que le projet officiel ait pris fin en février 2019, le prototype de GrInHy sera toujours en service jusqu’à la mi-2020 où il sera remplacé par son successeur. Le projet GrInHy2.0 qui a débuté en janvier cette année, tirera parti de tous les résultats et expériences acquises pour augmenter la capacité nominale de l’électrolyseur et parvenir à un taux de production cinq fois plus élevé que le prototype GrInHy de précédente génération. «Nous avons prouvé que le HTE fonctionne en milieu industriel et entendons passer au niveau supérieur. Afin d’exploiter pleinement le potentiel de l’hydrogène vert dans des secteurs différents, nous avons besoin d’un cadre juridique favorable à une utilisation économique de l’hydrogène "vert"», conclut M. Kroop.

Mots‑clés

GrInHy, énergie, hydrogène, renouvelable, faible émission de carbone, efficace, sidérurgie, souple

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