Mademoiselle Hydrogène

Ils et elles souhaitent contribuer au tournant énergétique pour contrer la crise climatique : nous vous présentons des personnes qui font avancer l’expansion des énergies renouvelables en Allemagne et dans le monde grâce à leurs idées et leur engagement.

« Je ne cesse de le répéter : Il existe de nombreux éléments et différentes solutions, et nous en avons besoin pour assurer une transition énergétique qui soit couronnée de succès. Il y a donc plusieurs chemins pour y parvenir, mais notre objectif commun est vert », déclare Ulrike Beyer. Ce disant, l’ingénieure prend en main une plaque bipolaire métallique qui vient de passer entre deux cylindres tournant en sens inverse. La responsable du projet « Referenzfabrik.H2 » de l’Institut Fraunhofer pour les machines-outils et techniques de mise en forme (IWU), situé à Chemnitz, se tient dans un hall de production. Tout autour d’elle, il y a des presses mécaniques de trois mètres de haut, des imprimantes 3D industrielles, des rouleaux, des robots pour charges lourdes. L’objectif d’Ulrike Beyer : produire les systèmes à hydrogène du futur : climatiquement neutres, économiques et robustes.

Plus que jamais, la transition énergétique est en marche, et l’hydrogène vert joue un rôle de plus en plus essentiel dans ce processus. Cette source d’énergie aux multiples applications est considérée comme un élément central pour réduire les émissions de CO₂. Mais comment l’hydrogène vert est-il produit et comment peut-il être utilisé ? Ms Beyer, titulaire d’un doctorat en ingénierie, a quelques idées à ce sujet : « L’hydrogène est, en quelque sorte, le partenaire clé des énergies renouvelables. » L’hydrogène permet de conserver et de transporter les énergies régénératives. « C’est comme le fromage, qui permet de conserver le lait frais. » Il y a, selon elle, des régions entières en Allemagne et dans le monde qui sont prédestinées à la production d’énergies renouvelables, à partir du vent, du soleil et de l’eau. Mais souvent, ces régions ne coïncident pas forcément avec celles qui ont besoin d’énergie en grande quantité. « Grâce à l’hydrogène, nous apportons l’énergie là où nous en avons besoin. »

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Qu’entend-on par hydrogène vert ?

• Vert, bleu, gris, turquoise : bien que l’hydrogène soit toujours un gaz incolore, les couleurs, dans sa désignation, renseignent sur la manière dont il est produit.
• L’hydrogène vert est produit par électrolyse de l’eau. Pour ce faire, on utilise de l’électricité produite à partir de sources d’énergie renouvelables. L’hydrogène vert est donc exempt de CO₂.
• On qualifie d’électrolyseur un dispositif dans lequel une réaction chimique est provoquée à l’aide d’un courant électrique.
• Le recyclage de l’hydrogène se fait dans une pile à combustible. Dans une pile à combustible, l’hydrogène est combiné à de l’oxygène pour produire de l’eau, ce qui génère de l’énergie.
• Empilées en ce que l’on appelle des stacks, les plaques bipolaires constituent le cœur d’une pile à combustible et d’un électrolyseur.

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Ms Beyer et ses collègues de l’Institut Fraunhofer IWU veulent amener la fabrication de systèmes à hydrogène à un nouveau niveau de production industrielle de masse. Le gouvernement allemand soutient ce projet dans le cadre de la stratégie nationale pour l’hydrogène. L’objectif est de faire de la production et de l’utilisation de systèmes à hydrogène un pilier important de l’économie allemande et de faire ainsi progresser la décarbonisation de l’économie et de la société.

Une étape décisive dans ce sens, ce sont, entre autres, les nouvelles techniques de fabrication de plaques bipolaires, élément essentiel des piles à combustible. La plupart de ces plaques bipolaires ne sont toujours pas fabriquées en grande série. « Actuellement, elles sont encore produites dans des conditions artisanales. Cela augmente le coût des piles à combustible et freine leur utilisation à grande échelle, par exemple dans les véhicules ou dans le bâtiment », précise Ms Beyer. Elle se tient maintenant à côté d’un système de piles à combustible et montre où, à l’intérieur, le stack est monté avec les plaques bipolaires. « Nous pouvons déjà témoigner de premiers succès en matière de réduction de coûts », déclare Ms Beyer. À l’Institut Fraunhofer IWU, les plaques sont également fabriquées via des processus plus rapides et plus efficaces, comme l’estampage par rouleaux, ce qui permet de produire les plaques bipolaires à moindre coût et plus rapidement.

Le projet « Referenzfabrik.H2 » : un système modulaire pour l’industrie

Grâce aux nouveaux systèmes utilisables en masse, l’hydrogène pourrait non seulement réduire les quantités d’émissions de CO₂, mais également devenir un secteur d’activité durable et porteur d’avenir pour le site de production qu’est l’Allemagne et pour de nombreuses régions du monde. C’est là qu’intervient le projet « Referenzfabrik.H2 ». En collaboration avec l’industrie, ce sont de nouvelles technologies, des matériaux novateurs et des méthodes de test révolutionnaires qui sont développés, ce qui permet une production à grande échelle et la mise en place de réseaux de livraison. Avec le projet « Referenzfabrik.H2 », nous voulons créer des éléments technologiques et les assembler virtuellement. Ainsi, nous voulons donner des orientations pour une production de masse de systèmes à hydrogène, affirme Ms Beyer. Le projet « Referenzfabrik.H2 » doit être un point de contact et de conseil pour les entreprises, du grand constructeur automobile à la PME industrielle. Le savoir-faire des instituts Fraunhofer permet d’apporter un soutien ciblé aux spécialistes et aux cadres œuvrant dans ce domaine.

La coopération internationale : vers une meilleure acceptation de l’hydrogène vert

Ms Beyer considère les coopérations internationales comme essentielles dans le domaine de l’hydrogène vert. En effet, l’Allemagne n’est pas la seule à explorer intensivement depuis des années les possibilités de production d’hydrogène. « Plus nous échangeons nos expériences et nos résultats, plus vite nous trouverons des solutions ». C’est pourquoi le ministère allemand de l’Environnement, de la Protection de la nature, de la Sécurité nucléaire et de la Protection des consommateurs (BMUV) soutient deux grands projets de l’Institut Fraunhofer en Namibie et en Afrique du Sud. Cet échange doit aussi et surtout permettre de faire accepter l’utilisation de l’hydrogène dans les deux pays et de stabiliser l’approvisionnement énergétique à long terme. « Par exemple, nous présentons en Namibie des modèles de piles à combustible et des électrolyseurs. En outre, nous discutons sur le terrain, avec les chercheurs locaux, des exigences spécifiques à leur pays et des nombreuses possibilités qu’offre l’hydrogène », explique Mary Esther Ascheri, cheffe de groupe et responsable des projets de coopération « Hydrogen & Oxygen Biotop » (Biotope d’hydrogène et d’oxygène - HygO) en Namibie et « Hydrogen Tryout Areal » (Zone d’essai d’hydrogène - HyTrA) en Afrique du Sud.

Les nombreuses possibilités : c’est précisément ce qui motive Ulrike Beyer. « Il y a quelques années, l’Institut Fraunhofer cherchait « M. ou Mme Hydrogène ». Quelqu’un·e qui puisse se saisir de ce thème et le faire avancer. Je n'ai pas hésité longtemps », affirme l’ingénieure. « Aujourd’hui, les développements technologiques sont souvent si avancés que les chercheurs ne peuvent plus faire que des ajustements minimes. » Mais l’hydrogène, c’est comme un jeune arbre qui vient d’être planté. « On peut encore contribuer énormément à son développement, façonner des processus, trouver de nouvelles voies. C’est ce qui me motive. »