Économie fondée sur l’hydrogène

L’hydrogène est l’élément le plus abondant dans l’univers et bien que l’on ne le retrouve pas naturellement sur terre à l’état gazeux, il peut être séparé des autres éléments et utilisé comme porteur d’énergie ou comme combustible. L’hydrogène est le combustible le plus propre et le plus efficace, offrant deux à trois fois plus d’énergie par unité de masse que d’autres combustibles. L’utilisation de l’hydrogène comme porteur d’énergie offre un potentiel énorme pour diminuer les émissions de GES, améliorer la qualité de l’air, encourager le développement industriel et générer de la richesse.

La technologie industrielle fondée sur l’hydrogène a été mise sur pied pour étendre les connaissances dans ce domaine et faire avancer les technologies qui atténuent les changements climatiques et la pollution de l’air grâce à l’utilisation de l’hydrogène. Ce secteur technologique a appuyé la R-D reliée à l’hydrogène qui contribuerait à la création d’une économie fondée sur l’hydrogène. Dans une telle économie, l’hydrogène serait abondamment utilisé comme porteur d’énergie et comme matière première. Les projets dans ce secteur technologique se concentrent sur la production, le stockage et l’utilisation de l’hydrogène ainsi que sur les codes, les normes, la sécurité et les mécanismes de diffusion nécessaires à ces processus.

Les sous-produits de la biomasse pour la production d’hydrogène

Auto à piles à combustible mue à l'hydrogène

This feasibility study identified Canadian sources of biomass by-products from industry that can be used for hydrogen production. The Canadian biomass sources studied included waste from the forestry and agriculture sectors, the pulp and paper industry, and glycerol, which is a by-product of biodiesel production.

Le projet a produit un rapport qui présentait les deux catégories principales de technologies utilisables pour la conversion de la biomasse en hydrogène : les processus biologiques et thermiques. Les processus biologiques incluent la biophotolyse, les réactions de conversion de l’eau en gaz, la photofermentation, et la fermentation anaérobie. Cependant, ces processus n’en sont qu’au début de leur développement et n’ont donc pas été élaborés dans le rapport. Les trois principales catégories de processus thermiques sont la pyrolyse, la liquéfaction et la gazéification. Le rapport discute plus en détail les deux processus thermiques les plus efficaces, la pyrolyse et la gazéification. De plus, le rapport présente une brève discussion de deux nouvelles technologies de gazéification, la gazéification de la biomasse dans l’eau supercritique et la conversion thermique catalytique.

Titre du projet : Sous-produits de la biomasse pour produire de l’hydrogène

Exécutants et partenaires : Ressources naturelles Canada, Université du Québec à Trois-Rivières

Réalisations :

  • Le rapport évalue la faisabilité économique et technique de l’utilisation des sources de biomasse et des technologies de conversion pour la production efficace d’hydrogène.

  • Le projet a déterminé que les résidus de pâte à papier représentaient une source possible de 145 000 tonnes d’hydrogène par année et le glycérol, une source possible de 70 000 tonnes d’hydrogène par année.

  • Le rapport conclut que la production d’hydrogène à partir de la biomasse par gazéification est comparable sur le plan économique au reformage du méthane à la vapeur si l’on tient compte des effets sur les GES

Les nouveaux matériaux améliorent les piles à combustible à l’hydrogène

Les piles à combustible à oxyde solide (céramique) produisent de l’énergie en ajoutant de l’oxygène à un combustible. La céramique conduit l’électricité tout en gardant l’oxygène et l’hydrogène séparés. La céramique la plus utilisée, la zircone, requiert des températures élevées (de 600 °C à 1 000 °C) pour fonctionner efficacement. Cette température exige des matériaux coûteux pour la fabrication de la pile à combustible ce qui a une incidence sur la fiabilité des piles à combustible.

Ce projet étudie l’utilisation des céramiques de remplacement, telles que le gallate de lanthane, dans la fabrication des piles à combustible à oxyde solide afin de réduire la température de fonctionnement entre 500 °C et 800 °C. Le fonctionnement des piles à combustible à ces températures permettrait d’utiliser un plus grand éventail de matériaux pour leur construction, notamment les composants métalliques, ce qui réduirait également le coût, prolongerait la durée de vie et augmenterait la fiabilité des piles.

Titre du projet : Matériaux pour les piles à combustible à l’hydrogène

Exécutants et partenaires : Ressources naturelles Canada, Conseil national de recherches du Canada.

Réalisations :

  • Les publications résultant de ce projet de recherche sont citées dans toute la documentation scientifique sur les piles à combustible à l’oxyde solide.

  • Sept publications revues par les pairs publiées dans les magazines internationaux.

  • Le projet a mis au point des nouveaux matériaux électrolytes pour la fabrication des piles à combustible à oxyde solide qui fonctionnent entre 500 °C et 800 °C.

Conversion du sulfure d’hydrogène en hydrogène

Le gaz naturel contient différentes quantités de sulfure d’hydrogène (H2S). À concentration élevée, on parle de gaz naturel acide. Parce que les liens de sulfure d’hydrogène demandent moins d’énergie pour se séparer que d’autres composés de l’hydrogène, comme l’eau ou le méthane, le sulfure d’hydrogène est une source prometteuse d’hydrogène moins coûteuse.

Dans le cadre de ce projet, Kingston Process Metallurgy a adapté une technologie innovatrice de séparation du sulfure d’hydrogène pour mettre au point une méthode de production d’hydrogène. Cette méthode permettrait de produire de l’hydrogène à partir du sulfure d’hydrogène à faible coût et en produisant moins de gaz carbonique.

La méthode isole le sulfure d’hydrogène à l’aide de la technologie existante, puis fait barboter le gaz dans du cuivre fondu. L’hydrogène pur est alors relâché et capté, tandis que le sulfure réagit avec le cuivre et le transforme en sulfure de cuivre. Les réactions entre l’hydrogène et le cuivre, et le sulfure de cuivre et l’air produisent de l’énergie qui chauffe le système, augmentant ainsi son efficacité.

Titre du projet : Production d’hydrogène à partir du sulfure d’hydrogène et du méthane

Exécutants et partenaires : Ressources naturelles Canada, Kingston Process Metallurgy Inc., U.S. Department of Energy—Argonne National Laboratory

Réalisations :

  • L’équipe de recherche a défini les conditions expérimentales optimales, notamment le taux de cycle, l’importance de la réaction, le contrôle des fins de cycles, l’extraction du carbone des hydrocarbures, le ratio H2S-hydrocarbures et les effets des impuretés.

  • L’équipe de recherche a mis au point un réacteur de laboratoire capable de traiter le H2S à un taux de flux de 20 l/min.

  • Le projet a effectué des calculs qui ont optimisé le procédé et le système pour la production d’hydrogène à l’échelle industrielle, ce qui incluait le calcul du taux optimal d’injection d’hydrocarbures pour une application à l’échelle industrielle.

  • En plus de produire de l’hydrogène à partir du gaz naturel acide, ce procédé produit également de l’acide sulfurique concentré, un produit très utile dans l’industrie chimique et en agriculture.

  • Ce projet a été souligné dans le site Web d’Argonne.

Les nanomatériaux font progresser les techniques de stockage de l’hydrogène

Les systèmes existants de stockage d’hydrogène dans les véhicules sont lourds et coûteux, car ils utilisent une technologie de compression ou de liquéfaction de l’hydrogène. Pour faire de l’hydrogène une solution viable au remplacement de combustibles à base de carbone, il faudra mettre au point des systèmes de stockage de l’hydrogène légers et compacts pour les véhicules qui requièrent des matériaux et des composants à coûts peu élevés. La recherche dans ce domaine partout dans le monde se concentre sur la création d’hybrides, qui sont des composés d’hydrogène et d’autres matériaux. Différentes approches et différents matériaux, dont la plupart utilisent des matériaux légers, sont à l’étude.

Ce projet a examiné l’utilisation de nanomatériaux innovateurs et de nanotechnologies émergentes pour le stockage de l’hydrogène. Plus particulièrement on a étudié l’utilisation du magnésium pour stocker l’hydrogène grâce à la création d’hydrure de magnésium ou d’ensembles chimiques d’hydrure de magnésium. On a également effectué de la recherche sur l’utilisation de bouillie liquide d’eau et de métal. Le projet a également étudié le stockage et la livraison d’hydrogène à l’aide de borohydrures solubles dans l’eau.

Titre du projet : Nanomatériaux pour le stockage d’hydrogène

Exécutants et partenaires : Ressources naturelles Canada, Université de Waterloo, INCO (maintenant Vale INCO), Université de Wollongong (Australie), Académie des sciences de Russie et Hy-Energy (É.-U.).

Réalisations :

  • En partenariat avec l’Université de Waterloo, le projet a mis au point un procédé pour charger des hydrures dans des broyeurs à boulets alimentés en hydrogène dans des conditions de température et de pression ambiantes.

  • Dans le cadre d’un projet de coopération internationale, on a conjointement mis au point de nouveaux nanomatériaux structurels de Mg2FeH6 et de MgH2 (nano) catalysé au nickel.

  • En partenariat avec INCO, le projet a mis au point un nouveau catalyseur nanonyckel pour le stockage de l’hydrogène dans le magnésium.

  • Le projet a mené à plus de 40 publications techniques dans des revues internationales de R-D.

Plans pour la réussite d’une démonstration énergétique éolienne-hydrogène-diesel

L’île de Ramea, située au large de Terre-Neuve, a été choisie en 2004 pour être le site du premier projet de démonstration énergétique combinant l’éolien et le diesel au Canada. Les éoliennes sont si productives que l’énergie produite dépasse souvent les besoins des habitants. Étant donné qu’il n’est pas facile de stocker l’énergie éolienne, l’énergie excédentaire produite est perdue. Mais lorsque les éoliennes ne peuvent pas produire assez d’énergie, les habitants doivent se fier à des génératrices au diesel pour produire l’électricité.

Ce projet comprenait une étude de faisabilité afin de déterminer si la technologie fondée sur l’hydrogène pourrait être utilisée pour capter et stocker l’énergie qui se perd. Si cela était possible, la petite île pourrait réduire l’utilisation des génératrices au diesel durant les périodes de faible demande.

On a procédé à des simulations pour analyser les effets de l’ajout de la génération, du stockage de l’hydrogène et des technologies d’utilisation d’hydrogène au projet de démonstration sur l’énergie mixte éolienne-diesel actuellement en cours. Plus précisément, l’objectif de l’étude était d’envisager l’utilisation de l’électricité des éoliennes pour créer de l’hydrogène par électrolyse qui pourrait être stocké pour utilisation future.

Titre du projet : Projet de démonstration éolienne de l’île de Ramea

Exécutants et partenaires : Newfoundland and Labrador Hydro, l’Agence de promotion économique du Canada atlantique, le gouvernement de Terre-Neuve-et-Labrador, Ressources naturelles Canada, l’Université Memorial, l’Université du Nouveau-Brunswick et Frontier Power Systems

Réalisations :

  • Le modèle conçu par cette étude aura le potentiel d’évaluer la faisabilité d’autres démonstrations de solutions éolienne-hydrogène-diesel à l’avenir.

  • Cet outil sera utile aux processus de prise de décision des compagnies de services publics.