Le stockage solide de l’hydrogène

Dans le contexte énergétique actuel, centré essentiellement sur le développement durable, l’hydrogène est très médiatisé car son utilisation n’a aucun impact sur l’empreinte carbone s’il est vert et sa combustion avec de l’oxygène ne produit que de l’eau. De plus, en tant que vecteur énergétique, il permet de stocker massivement de l’énergie sur de longues périodes de temps qui peut être utilisée pour de multiples systèmes tels que la mobilité, la chaleur ou encore les processus industriels. Il s’avère être aussi tout à fait approprié pour pallier, en l’occurrence, à l’intermittence des énergies renouvelables.

L’hydrogène étant un vecteur énergétique, il est alors primordial, par rapport aux contextes économique et environnemental actuels, de produire et surtout de distribuer de l’hydrogène vert à coût « raisonnable » c’est-à-dire concurrentiel au marché actuel des énergies fossiles. Outre cette problématique de production et de distribution, l’hydrogène produit peut être utilisé pour des applications mobiles ou stationnaires utilisant des piles à combustible ou par combustion directe. Cependant, son utilisation dépend essentiellement de son stockage qui représente actuellement un problème crucial, que cela soit pour la mobilité ou encore le stationnaire. Cette problématique de stockage est d’ailleurs, au même titre que les problèmes technico-économiques inhérents à la production et à l’utilisation, au cœur du plan de relance Hydrogène et fait partie intégrante du programme et équipement prioritaire de recherche (PEPR) hydrogène décarboné programmé sur la décennie 2020-2030.

Actuellement, des moyens de stockage par voie chimique sous forme de liquides organiques (Liquid Organic Hydrogen Carriers, LOHC) sont utilisés pour le transport sur de longues distances ou encore des techniques de stockage en cavité saline servent pour le stockage de masse (plusieurs millions de mètres cubes). Toutefois, les techniques de stockage les plus répandues sont le stockage à l’état liquide à très basse température et le stockage sous haute pression. L’hydrogène liquide, sous 20 K, possède une masse volumique de 71 kg·m^–3 qui lui confère des propriétés de stockage volumique très intéressantes surtout en milieu restreint. Le stockage gazeux sous haute pression est quant à lui actuellement la technique retenue pour la mobilité automobile car ce moyen permet de stocker 5 kg d’hydrogène dans un volume de 210 L sous 35 MPa ou dans un volume de 125 L sous 70 MPa. Cependant, ces conditions de température et de pression sont extrêmes (20 K pour le stockage à l’état liquide ou 70 MPa pour le stockage gazeux sous pression) et un mode alternatif de stockage de l’hydrogène à température et pression modérées doit être développé. Ce problème est d’un intérêt majeur car ces conditions extrêmes de température ou de pression représentent plusieurs verrous importants (aux niveaux économique, sécurité, facilité de mise en œuvre et d’utilisation) pour le déploiement de la filière hydrogène. Un moyen alternatif de stockage à pression et température modérées doit donc être envisagé. Face à cela, le stockage solide, par absorption dans des matériaux hydrures ou par adsorption dans des matériaux poreux, représente une alternative prometteuse. Cependant, des progrès en recherche fondamentale sont encore nécessaires afin de mieux comprendre le potentiel de cette technique.

Dans cet article, les différentes techniques de stockage solide seront présentées au moyen d’exemples concrets. Leurs performances et conditions opératoires seront alors comparées aux autres technologies de stockage et les verrous technico-économiques seront alors mis en avant. Il est à noter que seuls les résultats les plus pertinents en termes de stockage d’hydrogène seront présentés et par conséquent, la liste des travaux référencés ne sera pas exhaustive.