Proposition de conception d’une installation de production d’hydrogène à énergie solaire sans émission de carbone. Crédit : KyotoU/Shutaro Takeda
Dans la course mondiale pour freiner le changement climatique et réduire les émissions de carbone, l’hydrogène est considéré comme un concurrent sérieux pour remplacer les combustibles fossiles. Bien que l’hydrogène “brûle” proprement, avec seulement de l’eau comme sous-produit, la manière actuelle de faire de l’hydrogène un carburant de substitution fiable est très gourmande en énergie et en carbone.
Que l’eau soit divisée à l’aide d’électricité ou que l’hydrogène soit libéré à partir de combustibles fossiles ou d’autres sources d’hydrocarbures, chaque pas en avant dans la fabrication de l’hydrogène s’accompagne d’au moins deux pas en arrière en termes d’émissions de CO2 associées. Dans certains procédés, chaque kilogramme d’hydrogène s’accompagne d’une émission de près de 30 kilogrammes de CO2.
Aujourd’hui, une équipe internationale de chercheurs dirigée par l’université de Kyoto a mis au point une nouvelle conception d’usine à hydrogène qui utilise des ressources entièrement renouvelables et produit la plus faible quantité de CO2 associée signalée à ce jour. Ils ont publié leur proposition dans le International Journal of Hydrogen Energy.
“L’énergie solaire est le candidat évident pour conduire toute production d’hydrogène, mais le problème a souvent été que la lumière du soleil est trop intermittente”, explique l’auteur Shutaro Takeda.
La nouvelle approche de l’équipe, qui consiste à utiliser le chauffage solaire pour gazéifier la biomasse, semble être le moyen le plus efficace et le plus pratique de produire de l’hydrogène avec une faible empreinte carbone. L’équipe s’efforce de combiner deux systèmes différents pour créer un nouveau type d’installation de production d’hydrogène, appelée usine de production d’hydrogène par gazéification indirecte de la biomasse, ou usine SABI-Hydrogen.
Tout d’abord, pour capter efficacement la lumière du soleil, ils ont choisi une disposition de miroirs spéciaux, appelés héliostats, qui concentrent la lumière sur un récepteur au sommet d’une tour. Dans ces conditions, un matériau de transfert de chaleur dans le récepteur peut atteindre des températures allant jusqu’à 1 000 degrés. Celsius.
Ensuite, cette chaleur est transférée du récepteur à la partie gazéificateur du système, où un récipient contenant des copeaux de bois comme biomasse est intensément chauffé en l’absence d’oxygène. Au lieu de brûler par combustion, les copeaux de bois sont transformés en un mélange de gaz contenant une grande proportion d’hydrogène.
Alternativement, en l’absence de chauffage solaire, ce gazéifieur pourrait également être chauffé de manière conventionnelle en brûlant du carburant pour fournir de la chaleur au système.
Enfin, l’équipe a évalué l’impact environnemental global de la conception, en se basant sur une méthode d’évaluation d’impact standard internationale, ReCiPe2016. Le résultat a montré que le système SABI-Hydrogen n’émettrait que 1,04 kg de CO2 par kg d’hydrogène produit : la valeur la plus faible parmi toutes les méthodes de production d’hydrogène existantes.
Takeda considère que la nature est notre plus grande ressource et nous donne tout ce dont nous avons besoin pour lutter contre le réchauffement climatique. “Notre modélisation montre que l’utilisation de l’énergie solaire et des ressources de la biomasse provenant de forêts gérées pourrait nous permettre de produire de l’hydrogène de manière durable et avec un faible impact environnemental”, conclut-il.
Référence : “Transition énergétique à faible émission de carbone avec le soleil et la forêt : Solar-driven hydrogen production from biomass” par Shutaro Takeda, Hoseok Nam et Andrew Chapman, 22 décembre 2021, International Journal of Hydrogen Énergie.
DOI: 10.1016/j.ijhydene.2021.11.203
