Centrales à hydrogène — tendances et perspectives

Bien que les centrales nucléaires aient longtemps été considérées comme très sûres, l'accident de la centrale nucléaire de Fukushima au Japon en 2011 a une fois de plus contraint les énergéticiens du monde entier à réfléchir aux éventuels problèmes environnementaux associés à ce type d'énergie.

Les gouvernements de nombreux pays, dont un certain nombre de pays de l'UE, ont déclaré une intention claire de transférer leurs économies vers les énergies alternatives, n'épargnant aucun investissement, promettant des milliards d'euros pour cette industrie au cours des 5 à 10 prochaines années. Et l'un des types les plus prometteurs et les plus sûrs pour l'environnement d'une telle alternative est l'hydrogène.

Si le charbon, le gaz et le pétrole s'épuisent, il y a simplement de l'hydrogène illimité dans les océans, bien qu'il n'y soit pas stocké sous sa forme pure, mais sous la forme d'un composé chimique avec de l'oxygène - sous forme d'eau.

L'hydrogène est la source d'énergie la plus respectueuse de l'environnement. L'obtention, le transport, le stockage et l'utilisation de l'hydrogène nécessitent d'approfondir nos connaissances sur son interaction avec les métaux.

Il y a beaucoup de problèmes ici.En voici quelques-uns qui attendent leur solution : la production d'isotopes d'hydrogène très purs à l'aide de membranes filtrantes (par exemple à partir de palladium), la création de batteries à hydrogène technologiquement avantageuses, le problème de la lutte contre le coût en hydrogène des matériaux, etc.

La sécurité environnementale de l'hydrogène, par rapport aux autres types de sources d'énergie traditionnelles, ne fait aucun doute : le produit de la combustion de l'hydrogène est à nouveau de l'eau sous forme de vapeur, alors qu'il est totalement non toxique.

L'hydrogène en tant que carburant peut facilement être utilisé dans les moteurs à combustion interne sans changements fondamentaux, ainsi que dans les turbines, et plus d'énergie sera obtenue qu'à partir de l'essence. Si la chaleur spécifique de combustion de l'essence dans l'air est d'environ 44 MJ / kg, alors pour l'hydrogène, ce chiffre est d'environ 141 MJ / kg, soit plus de 3 fois plus élevé. Les produits pétroliers sont également toxiques.

Le stockage et le transport de l'hydrogène ne poseront pas de problèmes particuliers, la logistique est similaire à celle du propane, mais l'hydrogène est plus explosif que le méthane, il y a donc encore quelques nuances ici.

Les solutions de stockage d'hydrogène sont les suivantes. La première voie est la traditionnelle compression et liquéfaction, lorsqu'il faudra assurer sa température ultra-basse pour maintenir l'état liquide de l'hydrogène. C'est cher.

La deuxième voie est plus prometteuse : elle repose sur la capacité de certaines éponges métalliques composites (alliages hautement poreux de vanadium, de titane et de fer) à absorber activement l'hydrogène et, à faible chauffage, à le libérer.

Aujourd'hui, les principales sociétés pétrolières et gazières telles qu'Enel et BP développent activement l'énergie hydrogène.Il y a quelques années, l'italien Enel a lancé la première centrale électrique à hydrogène au monde, qui ne pollue pas l'atmosphère et n'émet pas de gaz à effet de serre. Mais le principal point brûlant dans ce sens réside dans la question suivante : comment rendre moins chère la production industrielle d'hydrogène ?

Le problème est que électrolyse de l'eau nécessite beaucoup d'électricité, et si la production d'hydrogène se fait justement par électrolyse de l'eau, alors pour l'économie d'un seul pays ce mode de production industrielle d'hydrogène sera très coûteux : trois fois, voire quatre fois , en termes de chaleur équivalente de combustion des produits pétroliers De plus, un maximum de 5 mètres cubes de gaz par heure peut être obtenu à partir d'un mètre carré d'électrodes dans un électrolyseur industriel. C'est lent et économiquement peu pratique.

L'une des voies les plus prometteuses pour produire de l'hydrogène dans des volumes industriels est la méthode plasma-chimique. Ici, l'hydrogène est obtenu à moindre coût que par électrolyse de l'eau. Dans les plasmatrons hors équilibre, un courant électrique traverse un gaz ionisé dans un champ magnétique et une réaction chimique se produit lors du transfert d'énergie des électrons "chauffés" aux molécules du gaz.

La température du gaz est comprise entre +300 et +1000 ° C, tandis que la vitesse de réaction conduisant à la production d'hydrogène est plus élevée que dans l'électrolyse. Cette méthode permet d'obtenir de l'hydrogène, qui s'avère deux fois (et non trois) plus cher que le carburant traditionnel obtenu à partir d'hydrocarbures.

Le processus plasma-chimique se déroule en deux étapes : d'abord, le dioxyde de carbone se décompose en oxygène et en monoxyde de carbone, puis le monoxyde de carbone réagit avec la vapeur d'eau, ce qui conduit à l'hydrogène et au même dioxyde de carbone qu'au début (il n'est pas consommé, si vous regardez la transformation de boucle entière).

Au stade expérimental - la production plasma-chimique d'hydrogène à partir de sulfure d'hydrogène, qui reste un produit nocif partout dans le développement des gisements de gaz et de pétrole. Le plasma rotatif éjecte simplement les molécules de soufre de la zone de réaction par les forces centrifuges, et la réaction inverse de conversion en sulfure d'hydrogène est exclue. Cette technologie égalise le prix de l'hydrogène produit avec les types traditionnels de combustibles fossiles, en plus, le soufre est extrait en parallèle.

Et le Japon s'est déjà lancé aujourd'hui dans le développement pratique de l'énergie hydrogène. Kawasaki Heavy Industries et Obayashi prévoient de commencer à utiliser l'énergie hydrogène pour alimenter la ville de Kobe d'ici 2018. Ils deviendront des pionniers parmi ceux qui commenceront réellement à utiliser l'hydrogène pour la production d'électricité à grande échelle, avec pratiquement aucune émission nocive.

Une centrale électrique à hydrogène de 1 MW sera construite directement à Kobe, où elle alimentera en électricité un centre de congrès international et des bureaux pour 10 000 résidents locaux. Et la chaleur générée à la centrale lors du processus de production d'électricité à partir d'hydrogène deviendra un chauffage efficace pour les maisons locales et les immeubles de bureaux.

Les turbines à gaz produites par Kawasaki Heavy Industries ne seront bien sûr pas alimentées en hydrogène pur, mais avec un mélange carburant contenant seulement 20% d'hydrogène et 80% de gaz naturel.L'usine consommera l'équivalent de 20 000 véhicules à pile à hydrogène par an, mais cette expérience marquera le début d'un développement majeur de l'hydrogène au Japon et au-delà.

Les réserves d'hydrogène seront stockées directement sur le territoire de la centrale, et même en cas de tremblement de terre ou autre catastrophe naturelle, il y aura du carburant dans la station, la station ne sera pas coupée des communications vitales. D'ici 2020, le port de Kobe disposera d'une infrastructure pour les importations majeures d'hydrogène, car Kawasaki Heavy Industries prévoit de développer un vaste réseau de centrales électriques à hydrogène au Japon.