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Le saviez vous ? 26/07/2021

H2 en sous-sol : les cavités salines, futur du stockage de l’hydrogène ?

A mesure que croissent la demande et la production d’hydrogène, les solutions de stockage souterraines s’imposent comme viables à grande échelle.

Le stockage d'hydrogène en cavités salines présente un certain nombre d'avantages… et d’inconvénients !

Présenté depuis des décennies comme la voie énergétique d’un futur propre, l'hydrogène peut enfin se targuer du titre d’alternative viable aux énergies fossiles. Les solutions technologiques s’améliorant, sans oublier les coûts réduits et des infrastructures de plus en plus importantes, l'idée d'une économie de l'hydrogène s’émancipe des think tanks pour rejoindre aujourd’hui les programmes énergétiques nationaux. Ce que confirment de récentes récentes, qui suggèrent que l'hydrogène vert pourrait fournir jusqu'à 25 % des besoins énergétiques mondiaux d’ici 2050.

Cependant, qui dit demande croissante dit également besoin d'une plus grande capacité de stockage. L'hydrogène peut être stocké physiquement sous forme de gaz ou de liquide ; là où le stockage de l'hydrogène gazeux nécessite généralement des réservoirs à haute pression, une méthode de stockage qui a fait ses preuves gagne en popularité à mesure que la demande augmente : les mines de sel souterraines.

COMMENT ÇA MARCHE ?

Les mines de sel sont des cavités artificielles construites dans des formations de sel souterraines. Pour les créer : forer dans le dôme de sel, généralement à 400 à 1 000 mètres de profondeur, en injectant dans la roche de l'eau qui dissout le sel. La saumure résultante en est extraite, laissant place à une grande cavité où l'hydrogène peut être stocké. Bien qu'il existe d'autres méthodes de stockage souterrain à grande échelle, comme les gisements de pétrole et de gaz épuisés, ou encore les aquifères (couches souterraines de roche poreuses dans lesquelles circule l'eau), ces cavités salines présentent un certain nombre d'avantages… et d’inconvénients :

LES AVANTAGES

  • Robuste : L'hydrogène a une densité d'énergie volumétrique très faible, ce qui signifie que le gaz est généralement comprimé avant stockage. Selon leur profondeur, les mines de sel peuvent être exploitées sous une pression allant jusqu'à 200 bars, permettant ainsi le stockage de gros volumes de gaz.
  • Résilient : Les mines de sel sont imperméables aux gaz et leurs parois résistent à la dégradation des réservoirs. La première cavité de stockage d’hydrogène, construite au Royaume-Uni en 1972, est par exemple toujours en service aujourd'hui.
  • Propre : De nombreuses applications de l’hydrogène, telles que les véhicules à pile à combustible, nécessitent aujourd’hui un gaz ultra-pur. Or dans les cavités salines, presque totalement hermétiques, les risques de contamination des gaz par des impuretés sont particulièrement minimes.
  • Économique : Le coût de construction de ces mines souterraines reste relativement faible – dix fois moins élevé que celui des réservoirs hors sol, selon certaines études. De plus, les mines nécessitent très peu de travaux d'exploration, car la plupart sont déjà connues par le biais d’explorations pétrolières, gazières et salines passées.
  • Flexible : Les structures de sel permettent également une grande flexibilité dans les cycles d'insertion-retrait, ce qui signifie qu'elles peuvent même être utilisées pour répondre aux pics de demande quotidiens.

LES INCONVENIENTS

  • Recherches insuffisantes : Le nombre de mines de sel utilisées pour stocker l'hydrogène dans le monde reste encore assez limité. Il est ainsi nécessaire, selon certains chercheurs, de mener davantage de recherches sur leur viabilité. Les cavités ont par exemple tendance à se refermer avec le temps – un processus qui s'accélère si elles sont régulièrement remplies et vidées de gaz. 
  • Pureté affectée : Autre problème potentiel susceptible de survenir lors de la construction d’une mine : l’arrivée d’humidité, qui peut nuire à la pureté du gaz.
  • Rareté géographique : Le principal inconvénient des mines de sel est leur rareté. Bien qu'il existe actuellement quelque 2 000 cavernes en Amérique du Nord, utilisées pour stocker divers vecteurs d'énergie, la plupart des projets à venir se situent dans une poignée de pays européens jouissant d'importants gisements de sel, tels que l'Allemagne, le Royaume-Uni, l'Irlande, la France, les Pays-Bas et le Danemark. La plupart des autres pays ne possèdent que des dépôts mineurs, voire aucun. 

LES FUTURS PROJETS ET INNOVATIONS

Aux États-Unis, à environ 200 kilomètres au sud de Salt Lake City, des ingénieurs travaillent sur ce qui deviendra le plus grand site de stockage au monde pour 1 000 mégawatts d’énergie propre, en partie grâce au stockage d’hydrogène dans des mines de sel souterraines.

  • Le projet « Advanced Clean Energy Storage », une joint venture entre Mitsubishi Power et Magnum Development, utilisera l'excès d’énergie généré par des installations hydroélectriques, géothermiques, solaires et éoliennes pour le transformer en hydrogène via électrolyse. Ce dernier sera stocké dans les mines de sel, où il pourra ensuite être utilisé pour différentes applications liées à l’énergie, l’industrie ou le transport.
  •  La première phase, qui devrait être opérationnelle en 2025, fournira 150 000 MWh de capacité de stockage d'énergie renouvelable, soit de quoi alimenter 150 000 ménages pendant un an.
  • Le projet a pu récemment soumettre une demande de crédit allant jusqu'à 595 millions de dollars auprès du Bureau des programmes de prêts du Département de l’Énergie des États-Unis.

Un consortium allemand, financé par le gouvernement et qui regroupe plus de 100 entreprises, envisage de construire une cavité saline en Saxe-Anhalt, capable de générer environ 150 000 MWh d'énergie via de l'hydrogène produit par de l’éolien.

  • Si le projet est approuvé, le « Hydrogen Power Storage and Solutions East Germany » (HYPOS) pourrait devenir la toute première mine de stockage d'hydrogène d’Europe continentale.
  • Le projet vise plus largement à produire de l'hydrogène vert à échelle industrielle et à construire un vaste réseau de réseaux de distribution et de stations de stockage en Allemagne, afin de rendre l'hydrogène accessible pour toutes les régions du pays.

L’OEIL d’ENGIE

Sous la houlette de la filiale d’ENGIE Storengy, un consortium d’entreprises françaises s’est lancé dans un projet, fondé par l’UE, visant à devenir le premier démonstrateur d'un grand stockage souterrain d'hydrogène en cavités salines.

  • Doté d'un budget de 13 millions d'euros, le projet baptisé HyPSTER (« Hydrogen Pilot Storage for large Ecosystem Replication ») et nommé aux Trophées de l'Innovation 2021, verra le jour dans la région d'Etrez, dans le sud de la France, une région déjà connue pour le stockage de gaz naturel dans ses mines de sel.
  •  Un électrolyseur d’1 MW, alimenté par des énergies renouvelables, commencera par produire quotidiennement 400 kg d'hydrogène à stocker, pour atteindre au final 44 tonnes de stockage total d'hydrogène – soit assez pour répondre aux besoins de quelque 1 760 bus à piles à combustible.
  • Par son emplacement, Etrez est une zone stratégique pour le développement de l'hydrogène vert : la région se trouve en effet à proximité de projets d'envergure comme la Zero Emission Valley en région Auvergne-Rhône-Alpes, ou de chantiers de stations de production et de distribution d'hydrogène en Bourgogne-Franche-Comté.

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