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

Présenté depuis des décennies comme la voie énergétique d’un futur propre, l'hydrogène renouvelable peut enfin se targuer du titre d’alternative viable aux énergies fossiles. Les solutions technologiques s’améliorant tant pour la production que pour la consommation, 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 études, 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, grâce à une méthode de stockage qui a déjà fait ses preuves et suscite de plus en plus d’intérêt à mesure que la demande augmente : les cavités salines.

COMMENT ÇA MARCHE ?

Les cavités salines sont des cavités artificielles creusées dans des dépôts géologiques de sel. La future cavité se situe généralement entre 500 et 1 500 mètres de profondeur. Elles peuvent contenir en hauteur jusqu’à 3 Arcs de Triomphe .

Pour leur création, il est d’abord nécessaire de forer dans le sel. La deuxième étape consiste à injecter de l’eau dans le sel pour le dissoudre. La saumure qui en résulte (eau mélangée au sel) est extraite, laissant place à une grande cavité étanche où l'hydrogène peut être stocké sous pression. 

Le stockage d’hydrogène en cavités salines présente un certain nombre d'avantages.

• Maillon indispensable : Le stockage souterrain d’hydrogène permettra de soutenir le développement de la filière hydrogène renouvelable en permettant de sécuriser l’approvisionnement pour tous les clients et nouveaux clients en hydrogène renouvelable.
• Flexibilité : Les cavités salines permettent une grande flexibilité dans les cycles d'injection et soutirage pour répondre aux besoins du marché de l’hydrogène. Cela qui signifie qu'elles peuvent même être utilisées pour répondre aux pics de demande quotidiens.  Selon leur profondeur, les cavités salines peuvent être exploitées sous une pression allant jusqu'à 200 bars et permettent de stocker de gros volumes d’hydrogène pouvant aller de 9 à 6 000 tonnes.
  
• Sécurité : Par leur étanchéité, les cavités salines permettent de stocker de grandes quantités d’hydrogène sous pression en toute sécurité. La première cavité de stockage d’hydrogène, construite au Royaume-Uni en 1972, est toujours en service aujourd'hui.
  
• Résilient : Il existe déjà des cavités salines en France et en Europe qu’il sera possible de convertir rapidement pour stocker de l’hydrogène. Storengy, filiale d'ENGIE, est le 1er opérateur de stockages en France et développe déjà des projets de stockages souterrains d’Hydrogène afin d’anticiper les besoins de la filière et adapter ces infrastructures : le projet HyPSTER (01), le projet HYGREEN Provence (04).

LES INCONVENIENTS

• Un concept à valider à la maille industrielle : Il existe aujourd’hui 4 sites de stockage d’hydrogène en cavités salines dans le monde. Ces stockages sont des réserves stratégiques pour des usages de raffinage d’hydrocarbure. La fréquence et les quantités utilisées sont faibles. Pour un usage énergétique, on prévoit des cycles d’injection et de soutirage plus rapide et de plus grande amplitude. Evaluer expérimentalement les conséquences de ces modes d’exploitation plus intensifs permettra de valider le concept et de confirmer la viabilité des futurs projets de stockage d’hydrogène en cavités.
• Pureté de l’hydrogène: Autre problème potentiel lors de l’exploitation d’une cavité en hydrogène, c’est l’évolution de la composition de l’hydrogène dans la cavité. Si on s’attend à ce que l’hydrogène se charge d’humidité (comme c’est le cas pour le gaz naturel), il est aussi possible que des réactions bactério-chimiques aient lieu, transformant une partie de l’hydrogène et modifiant la composition globale du gaz. Un traitement spécifique pour purifier l’hydrogène en sortie de cavité pourrait alors être nécessaire (en plus de la déshydratation).
• Rareté géographique : Le principal inconvénient des cavités salines est la rareté relative des gisements de sel. Bien qu'il existe actuellement quelque 2 000 cavités en Amérique du Nord, utilisées pour stocker divers vecteurs d'énergie, la plupart des projets hydrogène à venir se situent dans une poignée de pays européens jouissant de gisements de sel, tels que l'Allemagne, les Pays-Bas, le Danemark et dans une moindre mesure la France, la Pologne, le Royaume-Uni… 

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.

• En Allemagne, un consortium regroupant plus de 100 entreprises et financé par le gouvernement  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) contribuera à développer la place des stockages  d'hydrogène en cavités salines  en Europe continentale. Storengy est associé à ce projet qui 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'œil d'ENGIE

Un besoin de stockage d’H2 de 8 TWh a été estimé pour la France d’ici 2050 (Source GIE). Dans le cadre de sa stratégie Net Zero Carbon en 2045, ENGIE a une ambition de développer 1 TWh de capacités de stockage souterrains d’hydrogène en cavités salines d’ici 2030. 

• En France, sous la houlette de la filiale d’ENGIE Storengy, un consortium d’entreprises françaises s’est lancé dans le projet HyPSTER, le premier démonstrateur de stockage souterrain d'hydrogène en cavités salines à grande échelle.
  

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.