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Produire, stocker et utiliser l’hydrogène grâce aux laboratoires de recherche du Carnot M.I.N.E.S


L’hydrogène a été sans conteste l’une des stars de l’énergie et de la mobilité de 2019. Pourtant et malgré les nombreux articles de presse qui lui sont consacrés, ce vecteur énergétique est encore mal connu. Le Carnot M.I.N.E.S décrypte cette innovation pour vous !

Associé à l’oxygène, l’hydrogène est utilisé pour produire de l’électricité et de la chaleur grâce aux réactions électrochimiques mises en œuvre au sein d’une pile à combustible. Si l’oxygène est naturellement présent dans l’air, l’hydrogène doit d’abord être produit, puis stocké avant d’être utilisé pour alimenter la pile à combustible.

La production d’hydrogène soulève aujourd’hui de nombreux enjeux car si son utilisation dans une pile à combustible ne rejette que de l’eau, sa production est à 95% issue de ressources fossiles et chaque kg d’hydrogène produit entraîne le rejet d’environ 10 kg de CO2. Dans un contexte de réchauffement climatique, ces rejets sont un important frein pour le développement d’une filière d’avenir. C’est pourquoi d’autres voies de production doivent être promues. C’est notamment le cas des procédés étudiés au sein des laboratoires de recherche de l’institut Carnot M.I.N.E.S : l’électrolyse de l’eau qui consiste à utiliser l’énergie électrique pour dissocier la molécule d’eau en hydrogène et oxygène, la pyrolyse de biomasse ou une approche de rupture, la décarbonation directe du méthane par voie plasma où l’hydrogène est produit par craquage du méthane à très haute température.

Le stockage de l’hydrogène lui aussi est source d’innovation. Là encore, plusieurs options: sous pression à 350 ou 700 bars pour le transport, directement dans des matériaux à pression plus faible pour les applications stationnaires ou bien dans des vecteurs d’hydrogène solides ou liquides (hydrures complexes, ammoniaque, alcools,…) pour une manipulation facilitée.

Les applications et utilisations de l’hydrogène sont nombreuses dans la mobilité électrique, pour l’automobile mais aussi pour les poids lourds, le train ou encore le bus où son utilisation présente un vrai avantage par rapport aux batteries classiques. La chaleur produite par son utilisation peut aussi être valorisée dans le chauffage du bâtiment notamment.

Aujourd'hui, le groupe H2MINES mobilise les compétences complémentaires de dix-huit laboratoires de recherche issus de huit écoles membres de l'institut Carnot M.I.N.E.S afin de répondre à tous ces enjeux. Le groupe H2MINES couvre l'ensemble de la chaîne de valeur de la filière (production, stockage/distribution et utilisation). En complément de ces compétences technologiques, le Carnot M.I.N.E.S œuvre aussi au développement de cette nouvelle filière énergétique en mobilisant des expertises transversales en développement durable : analyse des risques, des cycles de vie, études sur les controverses et débats autour de l’utilisation de l’hydrogène…

C’est pour fédérer et développer plus encore ces complémentarités que le projet HyTREND est né. Financé pour 3 ans à hauteur d’1 million d’euros par l’abondement Carnot, le projet regroupe 13 laboratoires de 5 écoles du Carnot (IMT Atlantique, IMT Mines Albi-Carmaux, IMT Mines Alès, Mines Saint-Etienne et MINES ParisTech). Il s’appuie sur le démonstrateur MINERVE installé en région nantaise et entend développer de nouvelles solutions pour la filière « Power to X ». Il contribuera en outre à la formation de stagiaires, d’étudiants en thèse ou de jeunes docteurs embauchés pour le projet.

Christian Beauger, responsable du groupe MATPRO au sein du Centre PERSEE de MINES ParisTech détaille : « De nombreuses compétences du Carnot M.I.N.E.S vont être mises à contribution dans le cadre d’HyTREND autour du démonstrateur MINERVE : production d’hydrogène, captage de CO2, méthanation, détection et stockage de gaz, étude des synergies avec les réseaux d’énergie (gaz, chaleur ou électricité), des risques et impacts environnementaux, cartographie des enjeux… Dans 3 ans, l’objectif est d’émettre un ensemble de recommandations sur chacune des briques technologiques identifiées pour améliorer l’existant, créer de nouveaux matériaux et de nouvelles connaissances ».

Une journée industrielle est prévue le 22 octobre 2020 réunissant les chercheurs, les institutionnels (ADEME, régions, pôles de compétitivité) et les entreprises (des grands groupes aux start-ups) pour dialoguer autour de la thématique de l’hydrogène, approfondir les liens et collaborations existants et en développer de nouveaux autour d’HyTREND et des compétences adressées par les laboratoires.
 


Christian Beauger, responsable du groupe MATPRO au sein du Centre PERSEE de MINES ParisTech


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