Transformation, stockage, transport et distribution - CEA

la pression d'équilibre est appliquée, il y aura absorption.Si au contraire la pression est inférieure, il y auradésorption. Par ailleurs, si la température croît, lapression d'équilibre augmente.La connaissance des pressions d'équilibre en fonctionde la température est une donnée importantepour le choix d'un hydrure pour une applicationparticulière (figure 2). Ces pressions sont comparéesà une fenêtre de conditions proches des normalesallant de 10 °C à 80 °C – température de couplage àune pile à combustible à membrane échangeuse deprotons H + (Proton Exchange Membrane PEM) – etde 1 à 30 bars en pression. Par exemple, l'hydrureLaNi 5 passe bien dans cette fenêtre alors que l'hydrurede type TiVCrMo passe au-dessus en pression. Cedernier sera donc plutôt réservé à des applicationsde stockage hybride pression-hydrure, qui voient lejour actuellement. Un avantage de l’hybridation avecTiVCrMo est la disponibilité de l'hydrogène même àbasse température (2,5 bars à - 30 °C).La simple existence des courbes d’équilibre dans undomaine proche des conditions normales de températureet de pression ne suffit pas à en faire un bon matériaude stockage. Les aspects cinétiques de réactionsont aussi très importants. La réaction d'hydru rationn'est pas instantanée, elle peut durer de quelquessecondes à quelques heures.La mise en œuvre des hydrures nécessite la maîtrise dedeux phénomènes particulièrement contraignants.D’une part, la quantité d'énergie calorifique généréependant la réaction n'est pas négligeable. Pourun hydrure de type TiFe, elle correspond à 12 % del'énergie contenue dans l'hydrogène stocké. Pourcharger rapidement une grande quantité d'hydrure,il faut évacuer la chaleur produite. Par exemple, pourremplir un réservoir de TiFe avec 1 kg d'hydrogèneen 15 minutes, une énergie de 3,9 kWh devra êtreévacuée en 15 minutes, soit une puissance thermiquede 15,5 kW. D’autre part, un hydrure peut croître deTrois réservoirs de stockage de l'hydrogène, de technologieMcPhy Energy, en test à l’Institut Liten/DTBH. Ces réservoirsstockent l'hydrogène dans un hydrure de magnésium (MgH 2 ).Leur particularité réside dans le fait que la chaleur d'hydrurationest stockée dans un matériau à changement de phase puisrestituée lors de la désorption. Ils permettent chacun de stocker5 kg d'hydrogène à la pression maximale de 10 bars.P. Avavian/CEApression d'équilibre (bar)1 0001001010,1TiFeTiFeMnLaNi 5LaNi 5 SnMgTiVCrMo0,01- 50 0 50 100 150 200 250 300température (°C)10 à 30 % en volume lors de l'absorption d'hydrogène.Ce phénomène est susceptible de créer de très fortescontraintes dans le réservoir qui le contient, celles-ciaugmentant au cours des cycles absorption/désorptionde l'hydrogène.Des réservoirs à hydruresPour le stationnaire, le DTBH travaille avec lasociété McPhy Energy sur l'hydrure de magnésium(MgH 2 ), un matériau séduisant du fait de sa capacitémassique importante et de son abondance sur Terre.L'hydrogène est stocké dans un matériau MgH 2 nanocatalysé,ce qui améliore la cinétique de sorption,et compacté en pastilles avec du graphite, ce quiaméliore aussi la cinétique en optimisant l'échangethermique. Le fonctionnement de l'hydrure demagnésium à plus de 300 °C n'est pas gênant pour cetype d’application, en particulier s’il devient possiblede stocker l'énergie d'hydruration. C'est ce qui estréalisé avec McPhy Energy qui développe des réservoirsdits adiabatiques. Ceux-ci conservent l'énergied'hydruration dans des matériaux à changement dephase et la restituent lors de la désorption.Concernant les applications embarquées, mêmesi l'automobile reste pour l'instant hors de portéedes hydrures existant actuellement, le DTBH metau point des réservoirs pour des applications diteslourdes, là où le poids n'est pas forcément rédhibitoire,comme les applications agricoles ou maritimes.Ainsi, un prototype de réservoir de 2 kg d’hydrogènea été conçu, réalisé et testé avec succès. Sa conception,optimisée sur le plan thermique notamment,a permis d’atteindre une cinétique de remplissagerapide, 80 % du réservoir étant rempli en 30 minutes,pour une cible initiale à 50 % en 30 minutes.> Olivier GilliaInstitut Liten (Laboratoire d’innovationpour les technologies des énergies nouvelleset les nanomatériaux)Direction de la recherche technologiqueCEA Centre de GrenobleNaAlH 4 (33 °C)NaAlH 4 (110 °C)Figure 2.Comparaison des courbesd'équilibre des hydruresles plus intéressants pourle stockage de l'hydrogèneautour des conditionsnormales de température etde pression.CLEFS CEA - N° 61 - PRINTEMPS 201367