La technologie de production d’hydrogène sur site accélère sa mise sur le marché
Par Susan Bauer
Newswise – RICHLAND, Washington – Une nouvelle technologie qui génère de l’hydrogène à partir du gaz naturel conventionnel, ou du gaz naturel renouvelable fabriqué à partir de la biomasse, pourrait être la prochaine grande avancée pour faire progresser la route de l’hydrogène de Californie, les véhicules à pile à combustible et les camions et pour créer d’autres produits de valeur.
De minuscules canaux – de la largeur d’une carte de crédit – qui transfèrent la chaleur sous-tendent la technologie développée au Pacific Northwest National Laboratory du département américain de l’Énergie. Ces microcanaux sont essentiels pour conduire efficacement l’énergie dans les réactions chimiques qui produisent de l’hydrogène pour le transport, la production d’électricité et à d’autres fins industrielles.
Le générateur d’hydrogène développé par PNNL a été autorisé à une start-up de technologies propres de Richland, Washington, STARS Technology Corporation. Le générateur d’hydrogène présente deux innovations récentes qui peuvent réduire le coût de l’hydrogène. Le premier est un nouveau procédé de fabrication additive qui a été autorisé à la fois à STARS TC et à SoCalGas – un service de distribution de gaz basé à Los Angeles qui dessert 22 millions de personnes dans le centre et le sud de la Californie. Le second est une nouvelle conception de réacteur en spirale qui distribue la chaleur plus précisément et améliore l’efficacité du réacteur. Cette conception, sous licence exclusive de SoCalGas, minimise l’énergie requise pour produire de l’hydrogène tout en augmentant la durabilité et la sécurité du réacteur.
«Une utilisation à court terme de cette technologie à microcanaux serait de fabriquer de l’hydrogène pour les véhicules électriques à pile à combustible», a déclaré Yuri Freedman, directeur principal de la recherche et du développement chez SoCalGas. «Parce que cette technologie offre un faible encombrement et augmente considérablement l’efficacité du processus qui transforme le gaz naturel en hydrogène, elle rend l’hydrogène beaucoup plus propre et plus facile à fournir – vous pouvez produire de l’hydrogène partout où il y a un gazoduc à proximité. Pour nous à SoCalGas, il s’agit d’une étape importante vers l’atteinte de notre objectif de réduction des émissions nettes de gaz à effet de serre dans nos opérations et la livraison d’énergie d’ici 2045. Cette technologie pourrait changer radicalement la production et l’utilisation d’hydrogène en Californie, faisant progresser les efforts de SoCalGas pour objectifs climatiques de la Californie et de nos clients. »
Alimenter les infrastructures d’hydrogène
Étant donné que la technologie STARS peut générer de l’hydrogène partout où du gaz naturel est disponible, les développeurs affirment que cette technologie peut considérablement réduire le besoin de transporter de l’hydrogène dans des remorques à tubes haute pression spéciales. L’élimination du transport en commun sur route améliore la sécurité publique, réduit les émissions de gaz à effet de serre et contribue à rendre le coût de production de l’hydrogène au point d’utilisation compétitif par rapport aux carburants conventionnels.
«Pensez à ces petits générateurs efficaces et produits en série comme des« transformateurs chimiques »similaires aux transformateurs électriques sur le réseau électrique», a déclaré Bob Wegeng, président de STARS TC et inventeur de la technologie. «Ils peuvent être placés n’importe où le long du réseau de distribution de gaz naturel, ce qui en fait un« réseau d’hydrogène »en fournissant de l’hydrogène bon marché aux stations-service en quantités qui correspondent à la demande sur place.»
Produire de l’hydrogène à partir du méthane
L’élément le plus abondant dans l’univers, l’hydrogène, fait généralement partie d’autres composés comme l’eau ou le méthane. Le gaz naturel est principalement composé de méthane, l’un des vecteurs d’hydrogène les plus efficaces de la nature. Les procédés classiques de production d’hydrogène utilisant le gaz naturel peuvent parfois émettre du dioxyde de carbone et consommer beaucoup d’énergie, dont une grande partie est générée à partir de sources émettrices de carbone. Mais avec le nouveau générateur d’hydrogène, une variété d’approches de chauffage plus efficaces, y compris le chauffage solaire thermique concentré et le chauffage solaire-électrique inductif, peuvent être utilisées pour chauffer le gaz naturel et l’eau afin de rompre les liaisons chimiques, émettant 30% moins de dioxyde de carbone que d’autres procédés méthane à hydrogène.
Les procédés de production d’hydrogène autorisés sont très efficaces, réduisant l’énergie thermique requise pour produire des produits chimiques de grande valeur. Le méthane et la vapeur voyagent à travers des microcanaux en spirale compacts – pas plus de quelques millimètres d’épaisseur – qui exposent rapidement et uniformément le mélange gazeux à la chaleur qui entraîne des réactions chimiques et libère l’hydrogène du gaz naturel et de l’eau.
Parce que l’hydrogène peut être produit de manière économique et propre, il est bien placé pour soutenir le projet de loi 8 de l’Assemblée de Californie, qui consacre jusqu’à 20 millions de dollars par an pour soutenir la construction continue d’au moins 100 stations-service à hydrogène dans l’État.
Ce printemps, SoCalGas recevra un générateur d’hydrogène de STARS TC, qui comprendra six petits réacteurs modulaires, chacun d’environ 10 pouces de diamètre. STARS TC est en grande partie composé d’anciens membres du personnel de PNNL, dont l’un était un inventeur original de la technologie des microcanaux à PNNL.
L’impression 3D pour réduire les coûts de production d’hydrogène
Récemment, PNNL, STARS TC et SoCalGas ont collaboré pour faire progresser le système de génération d’hydrogène, y compris la conception de microcanaux en spirale. Cette équipe a également développé un nouveau procédé utilisant des méthodes d’impression 3D pour construire les réacteurs chimiques produisant de l’hydrogène.
«Ce processus de fabrication additive réduit les coûts de fabrication en réduisant les pièces, en formant des formes géométriques qu’il serait presque impossible de créer par des processus de moulage ou d’usinage et en éliminant les étapes de fabrication chronophages», a déclaré Sara Hunt, responsable de la commercialisation des technologies chez PNNL. «La technologie brevetée comprend des approches uniques pour la construction de structures au sein de l’appareil afin d’améliorer le transfert de chaleur. Il permet également au matériau d’être revêtu ou imprégné de catalyseurs qui accélèrent le taux de conversion chimique en énergie. »
Par ailleurs, PNNL, SoCalGas et d’autres collaborent également sur de nouveaux réacteurs chimiques qui coproduisent de l’hydrogène et des matériaux en carbone solide, tels que des produits en fibre de carbone et des nanotubes de carbone, qui peuvent encore compenser le coût de la production d’hydrogène sans gaz à effet de serre. Cela, combiné à l’utilisation supplémentaire de gaz naturel renouvelable, signifie que ces systèmes de réacteurs pourraient aider SoCalGas alors qu’elle s’efforce d’atteindre des émissions nettes nulles d’ici 2045.
Le développement du générateur d’hydrogène à technologie à microcanaux a été soutenu par le RAPID Institute et les bureaux de l’Office de l’efficacité énergétique et des énergies renouvelables du département américain de l’énergie, y compris les technologies de l’hydrogène et des piles à combustible, les technologies de l’énergie solaire et les bureaux de fabrication de pointe.
Basée à Los Angeles, SoCalGas® est le plus grand service public de distribution de gaz aux États-Unis. SoCalGas fournit un service de gaz abordable, fiable, propre et de plus en plus renouvelable à 21,8 millions de consommateurs sur 24 000 miles carrés du centre et du sud de la Californie. Le gaz fourni par les pipelines de la société continuera de jouer un rôle clé dans la transition énergétique propre de la Californie, en assurant la fiabilité du réseau électrique et en soutenant le déploiement de l’énergie éolienne et solaire.
La mission de SoCalGas est de construire l’entreprise énergétique la plus propre, la plus sûre et la plus innovante d’Amérique. À l’appui de cette mission, SoCalGas s’est engagé à atteindre des émissions nettes de gaz à effet de serre nulles dans ses opérations et sa fourniture d’énergie d’ici 2045 et à remplacer 20% de son approvisionnement traditionnel en gaz naturel par du gaz naturel renouvelable (GNR) d’ici 2030. Gaz naturel renouvelable est fabriqué à partir de déchets créés par les fermes laitières, les décharges et les usines de traitement des eaux usées. SoCalGas s’engage également à investir dans son infrastructure de distribution de gaz tout en gardant les factures abordables pour les clients. Au cours des cinq dernières années, la société a investi près de 7,5 milliards de dollars pour mettre à niveau et moderniser son réseau de pipelines afin d’améliorer la sécurité et la fiabilité. SoCalGas est une filiale de Sempra Energy (NYSE: SRE), une société holding de services énergétiques basée à San Diego. Pour plus d’informations, visitez socalgas.com/newsroom ou connectez-vous avec SoCalGas sur Twitter (@SoCalGas), Instagram (@SoCalGas) et Facebook.
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Le Pacific Northwest National Laboratory s’appuie sur ses atouts distinctifs en chimie, sciences de la Terre, biologie et science des données pour faire progresser les connaissances scientifiques et relever les défis de l’énergie durable et de la sécurité nationale. Fondé en 1965, PNNL est géré par Battelle pour l’Office of Science du Département américain de l’énergie, qui est le plus grand partisan de la recherche fondamentale en sciences physiques aux États-Unis. Le Bureau des sciences du DOE s’efforce de relever certains des défis les plus urgents de notre époque. Pour plus d’informations, visitez le centre d’actualités de PNNL. Suivez-nous sur Twitter, Facebook, LinkedIn et Instagram.