Hydrogène
L’hydrogène est considéré comme un vecteur d’avenir pour soutenir la transition énergétique et réduire les émissions de CO2. Les principaux objectifs sont aujourd’hui de décarboner sa production et de développer ses usages énergétiques dans les secteurs de l’industrie, de la mobilité et du stockage (des énergies renouvelables par exemple).
Le Centre PERSEE rassemble différentes expertises nécessaires au déploiement de la filière hydrogène-énergie, en particulier sur :
- L’hydrogène pour la mobilité : piles à combustible.
- La production d’hydrogène bas-carbone, par électrolyse et pyrolyse
- La modélisation et la planification de l’intégration du vecteur hydrogène dans les systèmes énergétiques en transition.
L’hydrogène pour la mobilité
Les travaux menés au sein du groupe MATPRO visent l’optimisation des systèmes piles à combustible basse température à membrane échangeuse de protons (PEMFC), pour la mobilité. Initiés il y a une trentaine d’années dans le cadre du projet européen FEVER avec la participation de Renault et Air Liquide, ils se poursuivent depuis plus de quinze ans principalement en partenariat avec la société Symbio. Parmi les nombreuses problématiques traitées : la recirculation d’hydrogène, l’humidification de la veine d’air, la gestion thermique du stack et son hybridation électrique. L’équipe compte parmi ses succès l’intégration d’un recirculateur d’hydrogène breveté avec Symbio.
Les phénomènes de dégradation observés au cœur des piles à combustible sont également étudiés, dans le cadre de projets collaboratifs (PEPR-H2 DuraSysPAC) ou en collaboration industrielle directe avec RENAULT.
En parallèle et avec la même optique de réduction des coûts et amélioration des performances (« rendement » et durabilité), le groupe développe des matériaux innovants pour le cœur de pile (électrodes à base d’aérogels, catalyseurs sans platine, membranes composites intégrant des argiles fonctionnalisées, …).
La production d’hydrogène bas-carbone par électrolyse et pyrolyse
Le procédé d’électrolyse de l’eau à basse température, utilisé avec de l’électricité d’origine renouvelable, permet de produire de l’hydrogène décarboné. L’Europe et la France misent sur un développement massif des électrolyseurs pour décarboner l’économie : il est donc crucial que cette technologie soit industrialisée à un coût maitrisé et sans problème d’approvisionnement. Pour ce faire, le groupe MATPRO s’est attelé, à travers plusieurs projets nationaux et européens (HyTREND, MOISE , MATHYLDE ou PRETZEL), à réduire les quantités de matériaux rares présents dans les électrolyseurs.
L’expertise du groupe MATPRO en matière d’aérogels a été mise à profit pour développer des matériaux d’électrodes à base d’oxydes métalliques dopés comme support de catalyseur, permettant notamment de réduire la quantité d’iridium nécessaire à l’oxydation de l’eau dans les anodes des cellules d’électrolyseurs à membrane échangeuse de protons (PEM).
La pyrolyse du méthane pour la co-production d’hydrogène turquoise et de noir de carbone constitue une autre thématique phare du Centre. Elle se concrétise par la collaboration long terme avec l’entreprise MONOLITH initiée en 2013. Le groupe TeP travaille en particulier sur la modélisation des mécanismes de formation des structures de carbone solide, la pureté de l’hydrogène co-produit, etc.
Le déploiement de l’hydrogène dans les systèmes énergétiques de demain
Envisager le déploiement du vecteur hydrogène dans le cadre de la transition bas carbone des territoires représente une prise de décision complexe, compte tenu de la nature des infrastructures requises, des coûts associés et des interactions nécessaires avec les ressources telles que le gaz naturel, la biomasse et l’électricité renouvelable.
Le groupe ERSEI, avec l’appui théorique et technique du groupe MATPRO, travaille sur la modélisation de l’évolution des systèmes énergétiques en considérant l’intégration entre vecteurs (électricité, gaz, chaleur, H2, mobilité). Le vecteur hydrogène et son potentiel de flexibilité sont particulièrement importants pour l’intégration des renouvelables et la décarbonisation des systèmes. L’équipe développe des outils de modélisation prospective pour accompagner les décideurs et investisseurs dans la planification des systèmes énergétiques de demain, intégrant production et stockage d’hydrogène, en particulier à l’échelle du bassin industriel, propice à l’émergence de synergies territoriales.
ERSEI est notamment partenaire du grand projet collaboratif DEMO-TASE PlaneTerr avec RTE, GRT Gaz, Air Liquide et Total Energies. Ce projet traite du couplage sectoriel, des synergies entre vecteurs électriques, gaz et chaleur et de l’intégration des technologies de demain. Pour plus de détails sur les recherches que nous conduisons sur l’hydrogène, vous pouvez accéder ici à nos publications.
Moyens expérimentaux
Les travaux expérimentaux du Centre PERSEE sur le vecteur hydrogène s’appuient principalement sur trois laboratoires et plateformes :
Laboratoire Hydrogène
Piloté par le groupe MATPRO, ce laboratoire compte aujourd’hui plusieurs bancs d’essais pour d’une part, la caractérisation des matériaux (électrodes et membranes) en conditions de fonctionnement, après intégration en assemblages membrane-électrodes (AMEs), sur bancs monocellule (piles à combustible 24/5 et électrolyseurs PEM 25 cm², AEM 5 cm²) et d’autre part, l’évaluation d’innovations technologiques pour systèmes pile à combustible sur banc stack 10 kW.
Plateforme Plasma
Supervisée par le groupe TeP, elle est historiquement constituée autour d’un réacteur à plasma thermique triphasé de renommée internationale.
Plateforme multiénergies LSEI
Le Laboratoire Systèmes Energétiques Intégrés est piloté par le groupe ERSEI.
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