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Krzysztof Romanowicz, Dr Noris Gallandat, Prof. Dr Andreas Züttel devant le réservoir d’énergie.

Les cellules solaires ne produisent généralement pas d’électricité au moment précis où nous en avons besoin, que ce soit pour notre machine à laver, notre pompe à chaleur ou notre voiture électrique. Dans le système énergétique de demain, cette énergie doit donc d’abord être stockée temporairement avant que nous puissions la consommer. BKW surveille de près le potentiel des nouvelles technologies de stockage, notamment le stockage dans l’hydrogène.

Une maison individuelle avec chauffe-eau électrique et pompe à chaleur consomme en moyenne 13 000 kWh d’énergie électrique par an. En supposant que la moitié de cette énergie doit être stockée pour couvrir la consommation hivernale, un système de l’ordre de 65 batteries Tesla serait nécessaire pour cette tâche. Il pèserait environ 40 tonnes, occuperait 20 mètres cubes et coûterait plus cher que l’ensemble de la maison.

On a donc besoin d’alternatives – aussi peu coûteuses et décentralisées que possible. Des centaines d’ingénieurs et de scientifiques travaillent au développement de nouvelles technologies pour le stockage de l’énergie dans les établissements de recherche suisses et étrangers. L’hydrogène joue ici un rôle important: dès qu’il y a un excès d’énergie électrique, elle est utilisée pour séparer l’eau en oxygène et hydrogène à l’aide d’un dispositif d’électrolyse. L’hydrogène est ensuite stocké et, si nécessaire, par exemple la nuit ou en hiver, converti en électricité à l’aide d’une pile à combustible. L’hydrogène peut être stocké dans un réservoir.

Le stockage dans l’hydrogène: un défi à la fois sous forme gazeuse et liquide

La méthode la plus courante est le stockage de l’hydrogène sous forme de gaz comprimé. Contrairement à une batterie, ce réservoir est vide si aucune énergie n’y est stockée, ce qui procure un avantage de coût substantiel par rapport à la batterie pour de grandes quantités d’énergie. Cependant, l’hydrogène est un gaz très léger et doit être comprimé à des pressions extrêmement élevées pour le stockage. Par exemple, l’hydrogène est prélevé dans la nouvelle station de recharge d’hydrogène à Hunzenschwil (AG) à une pression de 700 bars aux distributeurs. La compression de l’hydrogène de la pression atmosphérique à cette pression coûte déjà environ 10% du pouvoir calorifique contenu dans le gaz. L’hydrogène peut également être stocké sous forme liquide. Cependant, comme son point d’ébullition est de -252 degrés Celsius, des systèmes de refroidissement puissants et une bonne isolation sont nécessaires. Cette méthode est donc principalement utilisée pour des applications dans l’industrie avec de grandes quantités d’hydrogène.

Hydrures métalliques: à la croisée des chemins entre cellule de batterie et réservoir sous pression

GRZ Technologies de Sitten travaille sur une nouvelle façon innovante de stocker l’hydrogène: la liaison de l’hydrogène à de la poudre métallique. On choisit ainsi une voie intermédiaire entre le stockage de l’électricité dans des cellules de batterie complexes et techniquement exigeantes et le stockage de l’hydrogène dans des réservoirs sous pression. Même avec la densité d’énergie élevée souhaitée, le réservoir n’est que légèrement au-dessus de la pression atmosphérique.

Le mode de fonctionnement derrière cette technologie est le suivant: certains solides peuvent absorber l’hydrogène comme une éponge, par exemple l’alliage métallique LaNi5. En termes techniques, ces solides saturés d’hydrogène sont appelés hydrures métalliques. Lorsque les atomes d’hydrogène se déposent à la surface de l’alliage, phénomène connu sous le nom d’adsorption, les deux atomes H se dissocient l’un de l’autre et pénètrent individuellement dans la grille métallique. La distance entre deux atomes H dans la grille est alors 16 fois plus petite que la distance entre deux molécules de H2 dans le gaz. Pour cette raison, l’hydrogène peut être stocké dans des hydrures métalliques avec des densités volumétriques extrêmement élevées. Le système présente l’avantage supplémentaire que les atomes d’hydrogène ne peuvent s’échapper de la grille métallique qu’à la vitesse à laquelle l’environnement fournit de la chaleur supplémentaire. Le stockage dispose donc d’un mécanisme de sécurité passive basé uniquement sur les propriétés naturelles du matériau.

molécule d’hydrogène à l’état gazeux (à gauche) et hydrures métalliques (à droite). Un facteur de 16,6 dans une dimension signifie un facteur de 2300 en volume, c’est-à-dire que l’hydrogène dans l’hydrure est plus dense de plusieurs ordres de grandeur que dans la phase gazeuse – malgré une compression élevée.

Economique et peu encombrant

GRZ Technologies développe et commercialise des systèmes de stockage d’énergie à base d’hydrure métallique pour des applications dans les réseaux d’énergie et la mobilité. Grâce à la technologie éprouvée de GRZ Technologies, qui est déjà utilisée aujourd’hui, une maison individuelle pourrait être équipée d’un système de stockage de moins de 8 mètres cubes et ne coûterait aujourd’hui déjà qu’une fraction du système de batteries pour une fabrication à l’unité sans optimisation industrielle. De plus, le système peut être placé en toute sécurité dans le sous-sol de la maison.

L’utilisation à grande échelle du cycle de l’hydrogène est actuellement encore empêchée par les prix avantageux des combustibles fossiles, la faible variation des prix de l’électricité et l’absence de production industrielle à grande échelle de composants pour les systèmes de stockage. Mais une chose est claire dès à présent: afin de pouvoir utiliser efficacement les nouvelles énergies renouvelables, des capacités de stockage sont également nécessaires pour assurer un équilibre entre l’été et l’hiver. C’est pourquoi le BKW Technology Center surveille déjà de près des entreprises telles que GRZ et leur technologie et cherche des applications possibles. Pour que l’énergie de demain puisse provenir du soleil.

Martin Bolliger

Martin Bolliger

Martin Bolliger est responsable de BKW Technology Center et s’occupe de divers aspects de l’avenir énergétique. Ses domaines de travail principaux sont l’énergie solaire, le stockage et l’électromobilité. Cela fait 20 ans qu’il roule en voiture et vélo électriques.