Le défi du stockage de l’électricité
La production d’électricité par des panneaux solaires photovoltaïques est en forte croissance. Cette source d’énergie renouvelable présente toutefois un inconvénient : elle produit parfois trop d’électricité, notamment au cours d’une longue journée d'été, et d’autres fois trop peu, par exemple lors d’une courte journée maussade en hiver. Et, bien sûr, rien n'est produit durant la nuit. Pour profiter efficacement de l’électricité photovoltaïque, il faut donc pouvoir stocker les surplus pour les réutiliser ultérieurement. C’est là qu’intervient l’hydrogène, un gaz combustible.
Comment produit-on traditionnellement de l'hydrogène ?
Pour produire de l’hydrogène, on fait passer un courant électrique dans de l’eau, ce qui dissocie les molécules d’eau (H2O) en deux gaz distincts : de l'hydrogène (H2) et de l'oxygène (O2). C'est ce qu’on appelle l'électrolyse de l'eau. Ce processus est réversible : dans une pile à combustible, l’hydrogène est recombiné avec l'oxygène pour produire de l’électricité et de l'eau, ainsi que de la chaleur qui peut être récupérée. Ce mode de stockage a l'avantage de ne pas émettre de CO2, ni de nécessiter de terres rares, contrairement aux batteries.
Cependant, l'hydrogène occupe énormément de volume à pression ambiante. Suite à l’électrolyse, il doit donc être fortement comprimé pour pouvoir être stocké dans un réservoir, ce qui diminue le rendement global du processus : la compression mécanique de l'hydrogène demande de l'énergie, et nécessite un compresseur coûteux à l’achat et à l’entretien.
Produire de l’hydrogène à haute pression sous un panneau solaire
Le projet HiPHEL-PV (High Pressure Hydrogen Electrolyzer using PhotoVoltaic energy) propose de produire de l'hydrogène grâce à une électrolyse sous haute pression, directement sous les panneaux photovoltaïques, dans des petits tubes remplis d'eau. Cette approche permet un meilleur rendement énergétique, car la compression de l'eau est beaucoup moins énergivore que celle de l'hydrogène gazeux, tout en renforçant la sécurité du procédé.
La méthode représente néanmoins des défis techniques. Dans une électrolyse classique, une membrane sépare l'hydrogène et l'oxygène pour éviter qu'ils ne se recombinent immédiatement après avoir été dissociés. Cependant, cette membrane ne résisterait pas à une pression élevée. Pour résoudre ce problème, les ingénieurs ont fait appel à une méthode d'électrolyse dissociée dans le temps, durant laquelle l'hydrogène et l'oxygène ne sont pas produits simultanément.
Développer des prototypes et prouver la valeur du concept
Pour valider la faisabilité technique de ce concept novateur, les ingénieurs ont mené des tests en laboratoire. Ces essais ont mis en évidence des défis liés à l'électrolyse dissociée et à son couplage avec les cellules photovoltaïques, qui ont pu être surmontés grâce à l’expertise d’un spécialiste en électrochimie et à un système électronique développé par HEPIA.
En parallèle, une première étude technico-économique a montré qu’en intégrant la revente d'oxygène produit en excès (par exemple à des hôpitaux), le système pourrait être rentabilisé en dix ans pour une maison individuelle et en sept ans pour un habitat collectif. En revanche, la rentabilité serait moindre pour une installation industrielle dans les conditions testées (à savoir une pêcherie sur les rives du Léman). Ces estimations pourront encore évoluer avec les développements à venir.
Grâce à ces avancées, le développement du projet se poursuit avec des tests de fiabilité à long terme, tandis que des demandes de brevets sont en cours pour cette innovation prometteuse.