Innovation – Produire et stocker de l’électricité sous la mer via de l’hydrogène vert offshore

Une nouvelle alternative au stockage de l’électricité

Projet emmené par Philippe Géraudel, H2-O.eu

Les 3 phases du cycle de production:

  • Production d’hydrogène par électrolyse de l’eau de mer.
  • Stockage sous-marin de l’hydrogène vert.
  • Conversion de l’hydrogène vert en électricité verte.

Principe

Le but est de pallier l’intermittence des énergies renouvelables en stockant et produisant de l’électricité verte à partir d’hydrogène vert.

Les surplus des énergies renouvelables telles que l’éolien ou le photovoltaïque, voire le nucléaire en attendant, seront convertis en hydrogène vert à travers un électrolyseur à eau de mer en pression immergé à grande profondeur.

L’hydrogène vert dégagé sera ensuite stocké dans des réservoirs de très grandes capacités eux mêmes immergés à proximité immédiate de l’électrolyseur.

Cet hydrogène stocké, sous pression sous marine, dans des réservoirs très bon marché en béton sera ensuite transformé localement en électricité verte via une pile à combustible ou une turbine à hydrogène couplée à un générateur.

L’électricité verte ainsi produite sera redistribuée via le même réseau en fonction des besoins et des heures de pointes.

Les faiblesses de l’hydrogène

1- Une production qui génère des gaz à effets de serre.

  • L’hydrogène est un gaz très énergétique (3 fois plus que le diesel à masse égale) qui n’existe malheureusement pas aujourd’hui à l’état naturel en quantité suffisante pour être économiquement rentable.

L’hydrogène est actuellement obtenu essentiellement à partir du pétrole mais sa production dégage de grandes quantités de gaz à effet de serre.

Un autre mode de production très connu et totalement vert est l’électrolyse de l’eau beaucoup moins répandue à cause de son rendement.

Aujourd’hui pour produire industriellement 1 KW d’électricité verte à partir d’hydrogène issu de l’électrolyse, il faut dépenser 4 KW d’électricité soit un rendement final de 25%, à comparer au 33% du nucléaire.

2 – Des réservoirs coûteux avec des capacités limitées.

L’hydrogène est le gaz le plus léger de tout l’univers qui occupe un volume important dans des conditions de pression atmosphérique standard.

Il faut le volume de 11 m3, d’un grand utilitaire, pour stocker 1 kg d’hydrogène et pouvoir parcourir 100 km à son volant.

Il est donc indispensable d’augmenter sa densité en réduisant fortement son volume tout en maîtrisant une bonne étanchéité des réservoirs car il est très inflammable.

A – La première solution consiste à compresser l’hydrogène à 700 bars dans des réservoirs très résistants en fibre de carbone dont la capacité est limitée et la fabrication par enroulement filamentaire très coûteuse. Un réservoir de 125 litres contenant 5 kg d’hydrogène permet à une voiture de parcourir 5 à 600 km.

B – La deuxième solution consiste à refroidir l’hydrogène gazeux à moins 253° C pour le transformer en hydrogène liquide. Sans aucune compression, on peut donc stocker 5 kg d’hydrogène dans un réservoir de 75 litres qui doit, par contre, être parfaitement isolé thermiquement.

L’hydrogène liquide est pour l’instant réservé à des applications de très haute technologie, comme le spatial.

Il est donc important de chercher à améliorer tant les moyens de production que de stockage tout en veillant à respecter l’environnement.

Le projet H2-O a un triple objectif

1 – Améliorer de 30% la productivité finale

  • L’eau de mer (+2%), qui est une des matières premières de l’hydrogène, est à profusion sur place, gratuite et ne nécessite ni pompage, ni transport, ni mise sous pression.
  • Le rendement (+3%) de l’électrolyse est favorisé par la pression de l’eau (20 bars à moins 200 mètres).
  • Les phases, très énergivores, de compression et décompression (+15%) pour atteindre 700 bars, ou de liquéfaction (+35%) de l’hydrogène stocké sont donc aussi supprimées, la pression sera fonction de la profondeur des installations et parfaitement constante (20 bars à 200 mètres de profondeur).
  • La conversion de l’hydrogène en électricité via une pile à combustible ou une turbine à hydrogène couplée à un générateur se fera à proximité immédiate des réservoirs afin d’en optimiser le rendement et de minimiser les pertes en lignes (+2%).
  • Le transport de l’électricité sur de longues distances reste plus simple, plus sûr, plus rapide et plus économique que celui de l’hydrogène à puissance égale, surtout si l’on réutilise le câble sous marin qui relie l’éolienne offshore au rivage.

2 – Concevoir des réservoirs de très grandes capacités

La construction de ces réservoirs en béton doublé d’un liner en polymère permettra de réduire considérablement leurs prix et d’augmenter leur volume.

Les réservoirs immergés ne subissent aucune pression autre que la poussée d’Archimède puisqu’ils sont ouverts sur l’extérieur (principe d’une cloche renversée).

Le volume des réservoirs n’est donc pas limité, à la différence des réservoirs d’hydrogène sous pression en fibres de carbone ou isothermes pour l’hydrogène liquide à -253°C.

La sûreté face aux risques d’explosion et d’incendie sera renforcée par l’immersion et la température constante des réservoirs (17.5° à 200 mètres de profondeur).

3 – Respecter l’environnement

L’immersion des réservoirs supprimera toute pollution visuelle.

Schéma d’un réservoir
  • L’enrochement des réservoirs destiné à compenser la poussée d’Archimède, devrait favoriser le développement d’une faune et d’une flore sous-marine (effet réserve, effet récif) et permettre un ancrage solide des éoliennes flottantes.
  • L’oxygène coproduite pourra aussi être utilisée pour la production de chlore, de sel, de soude et de leurs dérivés, ainsi que sur place dans des fermes piscicoles pour l’oxygénation du milieu aquatique qui favorise la croissance des poissons.
  • La production, le stockage et la conversion instantanée de l’hydrogène vert en électricité verte devraient permettre de réduire les rejets de gaz à effet de serre, de pallier l’intermittence des énergies renouvelables et de stocker offshore de grandes quantités « d’électricité verte » à un faible coût.

(H2-O : symbolise la Séparation Offshore de l’Hydrogène et de l’Oxygène de l’Eau)

Recherche de partenaires en cours.

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