STOCKAGE DE L'ÉNERGIE ÉLECTRIQUE

Le stockage chimique de l’électricité par la production d’hydrogène

Le concept du power to gas (que l’on pourrait traduire par « de l’électricité au gaz ») consiste à utiliser l’énergie électrique en excès pour alimenter un électrolyseur qui décompose l’eau en dihydrogène (H₂) et dioxygène (O₂) gazeux. Cette réaction (H₂O → ½O₂ + H₂) est l’inverse de celle mise en œuvre dans la pile à combustible à hydrogène, où ces deux gaz sont recombinés pour produire de l’eau (½O₂+ H₂ → H₂O), de la chaleur et de l’électricité. Le concept power to gas est intéressant dans le sens où il peut répondre à plusieurs besoins. Tout d’abord, il permet de stocker l’énergie électrique excédentaire, qui serait sinon perdue. Ainsi, un électrolyseur associé à des éoliennes permet de stocker l’électricité surproduite sous forme chimique (H₂), électricité qui peut ultérieurement être restituée par des piles à combustible alimentées par ce même dihydrogène, principalement pour des applications stationnaires. Ensuite, l’hydrogène produit peut également être directement utilisé dans l’industrie chimique, pour la synthèse des engrais par exemple. L’inconvénient de ce procédé est lié aux rendements énergétiques limités de l’électrolyseur et de la pile à combustible (environ 60 p. 100 chacun), qui conduisent à un rendement global de l’opération stockage-restitution de l’électricité d’environ 40 p. 100. Cependant, l’objectif étant le stockage d’une électricité excédentaire vouée à être perdue autrement, ce procédé reste très pertinent.

À l’horizon 2030, l’Agence de la transition écologique (Ademe) évalue le potentiel d’électricité valorisable en France en ayant recours au power to gas entre 2,5 et 3 térawattheures (TWh) par an (la production électrique française en 2017 était de près de 562 TWh). Toujours en France, le projet Jupiter 1000 – un démonstrateur de power to gas à l’échelle industrielle – a été lancé en décembre 2017. Une fois achevé, il affichera une production de 1 mégawatt (MW), soit la production de plus de 200 mètres cubes de dihydrogène par heure, ce qui représente la consommation énergétique annuelle de 150 foyers. Le dihydrogène peut être utilisé seul mais son stockage nécessite des conditions de sécurité particulières. Associé au dioxyde de carbone dans des conditions de pression et de température élevées, il peut être converti en méthane (réaction dite de Sabatier) pour ensuite servir comme carburant. Dans ce dernier cas, le rendement est plus faible du fait de l’étape de transformation du dihydrogène en méthane.

Pour des raisons tant thermodynamiques que cinétiques, le rendement de l’électrolyse de l’eau peut être fortement augmenté si cette réaction est réalisée à haute, voire très haute, température. Ce phénomène est à l’origine de nombreuses investigations mais seules certaines localisations géographiques (par exemple, l’Islande) ou équipements technologiques (centrales nucléaires et solaires) peuvent disposer simultanément d’une électricité surabondante et d’une grande source de chaleur.