Comment stocker l’électricité renouvelable excédentaire? “Via la chimie !”, répond l’équipe du Pr Joris Proost. Grâce au financement du projet européen Horizon 2020, les chercheurs de l’Ecole Polytechnique de l’UCLouvain vont travailler dès avril, durant deux ans, sur un prototype industriel d’électrolyse de l’eau afin de stocker l’énergie grâce à l’hydrogène vert.
Ce n’est un secret pour personne : la production d’énergie renouvelable dépend sensiblement des conditions météorologiques d’un lieu et/ou d’un moment donné. Les éoliennes tournent parfois plus que de raison, et l’ensoleillement dépasse de temps en temps nos besoins en énergie. Aujourd’hui, le défi réside donc dans le stockage de ces énergies pour les répartir de façon équilibrée et aux moments opportuns. Les batteries pourraient-elles relever ce défi ? Pas à l’échelle industrielle du gigawatt. Leur capacité de stockage est réduite, elles coûtent cher et l’impact sur l’environnement est trop important. Du coup, l’équipe du Pr Joris Proost, de l’unité Materials and process engineering de l’UCLouvain, a décidé de travailler sur l’hydrogène comme alternative de stockage de l’électricité verte, grâce au procédé chimique de l’électrolyse de l’eau.
Horizon 2020
Ce projet, dénommé NextAEC (pour “Materials for Next Generation Alkaline Electrolysers”), est l’un des projets européens d’excellence scientifique Horizon 2020 (voir ci-dessous). Il répond à l’appel à projets concernant les enjeux environnementaux dans l’industrie (“Industrial Sustainibility”). En particulier, l’équipe compte proposer du matériel innovant pour une énergie propre (“Clean Energy through Innovative Materials”). Plus précisément encore, le matériel proposé répond à la problématique du stockage de l’énergie autrement qu’avec les batteries (Materials for non-battery based energy storage).
L’hydrogène, le candidat (presque) idéal
L’heureux élu de ce projet est l’hydrogène. Nous vous expliquions ici il y a quelques mois que cet élément chimique est le plus abondant de l’univers. Il serait donc le candidat idéal à la production ou au stockage d’énergie. Malheureusement, la nature étant parfois mal faite, l’hydrogène n’est pas présent sous sa forme moléculaire (H2) sur Terre. Pour en disposer, il faut l’extraire de molécules qui le contiennent comme le méthane (CH4) ou l’eau (H2O). Les procédés d’extraction utilisés aujourd’hui demandent beaucoup d’énergie et produisent énormément de gaz à effet de serre. Comme nous le confiait le Pr Proost il y a quelques mois, “l’hydrogène produit aujourd’hui par les procédés habituels n’est pas du tout ‘vert’, puisque 8 tonnes de CO2 sont relâchées dans l’atmosphère pour chaque tonne de H2 produite !” On l’appelle l’hydrogène noir.
Verdir l’industrie chimique
Bonne nouvelle : il existe un hydrogène vert. Il comporte un avantage considérable : permettre le déploiement à grande échelle du renouvelable. “Actuellement, nous produisons 1500 gigawatts d’énergie renouvelable à échelle mondiale. En 2050, ce sera 10 fois plus. Et pour stocker cette énergie, les batteries ne sont pas suffisantes, contrairement à l’hydrogène.” Le mode de production de l’hydrogène vert est vieux de deux siècles et connu des bancs de l’école. Il s’agit de l’électrolyse de l’eau qui consiste à décomposer l’eau (H2O) en oxygène (O2) et hydrogène (H2) grâce à un courant électrique. Ce procédé électrochimique permet de convertir l’énergie excédentaire des énergies renouvelables en hydrogène via la chimie en transformant l'électricité en hydrogène gazeux grâce à l'électrolyse de l'eau. Le hic, c’est que leur industrialisation coûte cher. “Via le procédé habituel, l’hydrogène revient à 2 euros par kilo, cela coûte actuellement environ le double si c’est par électrolyse”, ajoute le Pr Proost.
Une production d’hydrogène vert compétitive
Le projet H2020 mené par le Pr Proost et son équipe compte bien répondre à cette problématique : comment rendre la production d’hydrogène vert compétitive ? L’équipe a déjà une bonne expérience dans le domaine puisqu’une thèse de doctorat a porté sur ce sujet il y a dix ans. Grâce aux conclusions prometteuses et aux financements de la Région wallonne, l’UCLouvain a pu acheter une installation pilote d’électrolyse de l’eau, faisant passer les recherches du laboratoire à une échelle semi-industrielle. “Avec le projet H2020, nous voulons avancer une étape plus loin vers le prototype industriel”, explique le Pr Proost. Pour y parvenir, l’équipe du Pr Proost travaille sur un procédé de fabrication intelligente des électrodes. “Les électrodes sont tridimensionnels. Nous voulons exploiter leur troisième dimension jusqu’ici inexploitée pour augmenter la productivité de ces procédés et produire plus d’hydrogène avec la même quantité d’électrodes.” Comment ? Avec des technologies innovantes telles que des imprimantes 3D. “Mais ça, ce sera quand nous serons parvenus à réduire le coût du stockage de l’hydrogène…”
Collaborer avec les meilleurs d’Europe
A quelques mois du lancement de ce projet, le Pr Joris Proost réalise la chance d’avoir reçu une réponse positive au projet H2020 : “On a d’abord eu la chance de recevoir un financement local en Région wallonne pour financer une installation semi-industrielle unique et démontrer l’intérêt de celle-ci. Grâce à cela, d'autres équipes de recherche européenne sont venues nous chercher pour nos compétences spécifiques. Or ce genre de projets européens représentent un atout non négligeable pour nos étudiants et chercheurs. N’est-ce pas motivant de savoir qu’en travaillant dans un laboratoire on va être confronté à des académiques et industriels venus de toute l’Europe pour collaborer sur un sujet passionnant comme le nôtre ?” D'ici deux ans au plus tard, le Pr Proost compte bien lancer une spin-off à l’UCLouvain pour tester ces unités d’électrolyse qui fonctionnent à l’électricité verte.
Horizon 2020La recherche et l’innovation à horizon 2020 Le programme Horizon 2020 (H2020) est le plus grand programme de recherche et d’innovation jamais réalisé par l’Union européenne (UE). La participation à H2020 est ouverte aux chercheurs du monde entier. Au total, un financement de 80 milliards d’euros est fixé sur 7 ans (de 2014 à 2020). L’objectif de ce programme ? Que l’Europe atteigne un niveau scientifique et technologique de classe mondiale, élimine les obstacles freinant l’innovation et facilite la collaboration entre le secteur public et le secteur privé, afin de trouver des solutions aux grands enjeux auxquels la société est confrontée. |
Lauranne Garitte
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Coup d’œil sur la bio de Joris Proost
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Après avoir décroché son diplôme d’ingénieur civil en métallurgie et science des matériaux à la K.U. Leuven en 1994, Joris Proost accomplit son doctorat en sciences appliquées au sein de cette même université et de l’IMEC, le centre interuniversitaire de micro-électronique. Son parcours post-doctoral le mène à l’Université de Harvard. Il revient en Belgique en 2003, mais cette fois au sein de la Louvain School of Engineering de l’UCLouvain où il gravira tous les échelons académiques, jusqu'à Professeur extra-ordinaire (2017). De manière générale, ses recherches portent sur la réactivité des métaux et de leurs oxydes dans différents environnements, avec une attention particulière portée aux procédés durables en électrochimie. Le Prof. Proost est depuis 2015 également le représentant belge pour la thématique Hydrogène au sein de l'Agence Internationale pour l'Energie (IEA/AIE). |