WallonHy

Partenaires: UCL (IMAP) et TWEED

L’hydrogène étant maintenant considéré mondialement comme vecteur énergétique du futur, un des défis technologiques principaux pour le déploiement à grande échelle des technologies P2H est le décalage entre de l’un côté la grande capacité intrinsèque de production d’énergie renouvelable (panneaux solaires et éoliennes, de l’ordre de centaines de MW), et de l’autre côté la faible capacité actuelle des électrolyseurs permettant de convertir cette électricité verte en H2 (de l’ordre de dizaines de kW). Ceci est principalement lié à la difficulté technologique de continuer à augmenter le nombre de stacks (cathode/anode) utilisés en série au sein d’une même cellule électrochimique sans perdre en fiabilité et durabilité au niveau du système entier (Balance-of-Plant ou BOP). Il semblerait, selon les discussions informelles au sein des principaux constructeurs d’électrolyseurs impliqués dans la Tâche P2H de l’IEA/HIA, que la limite du nombre de stacks est actuellement atteinte.

En même temps, il devient critique, selon les dernières projections des mêmes experts

IEA/HIA (cfr. figure ci-dessous), d’essayer de remplir le gap techno-économique entre la capacité de production (verte) d’H2 des électrolyseurs (en Nm3 H2 par heure) et celle des systèmes classiques (mais non-verte !) de production par craquage de méthane (steam methane reforming). Ce scale-up permettra justement de réduire également le coût spécifique de l’H2 produite par électrolyse verte en-dessous de 10 $ par kg, c’est-à-dire un prix qui devient concurrentiel avec les systèmes classiques de craquage.

On est donc actuellement confronté avec un problème majeur de scale-up des électrolyseurs pour atteindre la capacité de MW nécessaire pour une intégration optimale dans des systèmes de P2H.

Dans ce contexte, l’UCLouvain a développé ces dernières années une nouvelle génération d’électrodes du type 3-D. Contrairement aux stacks électrochimiques classiques, qui n’utilisent que la surface 2-D (in-plane) des électrodes, ces électrodes de morphologie micro- ou macro-poreuses permettent maintenant d’exploiter également la 3ième dimension lors de l’électrolyse. Contrairement aux procédés d’électrolyse amenant à un produit solide (comme p.e. les procédés d’électrodéposition), dans lesquelles le composé solide déposé risque de graduellement boucher les pores en cours d’opération, l’utilisation des électrodes poreuses pour des réactions électrochimiques amenant à des produits gazeux (comme c’est le cas pour l’électrolyse de l’H2O produisant l’H2 à la cathode et l’O2 à l’anode) a plusieurs avantages intrinsèques.

En plus, vu qu’il s’agit d’un effet qui est purement géométrique/morphologique, ces électrodes 3-D peuvent simplement être fabriqués des mêmes matériaux qu’utilisés actuellement dans les électrodes classiques 2-D pour l’électrolyse de l’H2O (typiquement alliages de Ni). De même, elles sont aussi parfaitement compatibles avec les stackings et BOP des électrolyseurs actuels.

Sur le plan socio-économique, les deux premières années du projet WallonHY porteront sur l’analyse des acteurs wallons actifs dans le secteur de l’énergie et seront consacrées à la rédaction d’un Livre Blanc sur les potentiels technico-économiques de l’hydrogène comme vecteur énergétique en Wallonie. Pour ce Livre Blanc, le Groupe Air Liquide et d’autres apporteront leur expérience et leur expertise par rapport aux réalisations déjà effectuées dans d’autres pays. La volonté est de définir, parmi les multiples applications de Power to Hydrogen (P2H) ou de Power-to-Mobility (P2M), celles qui pourront se développer en Wallonie, et ce, de manière non exhaustive. Le volet technico-économique tiendra compte des spécificités industrielles propres à la Région, ainsi que du contexte légal dans lequel évolueront ces applications. Des modèles d’affaires seront également mis en exergue. Les analyses coûts-bénéfices devraient permettre de susciter l’intérêt des entreprises ou d’un secteur économique ainsi que des pouvoirs publics.

La dernière partie du volet socio-économique du projet portera sur la promotion du livre blanc et la valorisation de la première phase de la partie technique du projet.