Dans le contexte environnemental et énergétique actuel, l’hydrogène pourrait devenir un vecteur d’énergie propre afin de réaliser la décarbonation de l’économie et assurer une croissance écologique de l’industrie. Parmi les défis à relever liés au déploiement de l’hydrogène décarboné (production, distribution et transport, usage), le stockage compact, sûr et efficace reste une technique à développer en vue d'applications pratiques.
Un extrait de Nouveaux matériaux pour le stockage de l’hydrogène – Alliages métalliques multi-élémentaires hydrurables par Claudia ZLOTEA
Une simple comparaison entre les trois grands types de stockage d’hydrogène (hyperbare ou liquide, cryoadsorption et absorption dans divers hydrures) nous indique que la dernière méthode dite « solide » est la plus prometteuse. Ainsi, les principaux avantages des hydrures consistent d’abord dans leurs importantes densités volumiques, supérieures à celles de l’hydrogène. Ensuite, ces composés possèdent de grandes capacités massiques de stockage et permettent une pression d’hydrogène délivré ajustable en fonction de son utilisation finale. Enfin, la sécurité d’utilisation des hydrures est supérieure à celle des réservoirs sous haute pression du fait des pressions modestes lors de la phase d’absorption de l’hydrogène. De plus, grâce à une réaction de désorption endothermique, en cas de fuite accidentelle la température du réservoir chute rapidement, ce qui stoppe le dégagement d’hydrogène.
Des hydrures aux nouveaux matériaux
En fonction du type de liaison avec l’hydrogène, on distingue les hydrures métalliques, ioniques ou complexes. Comme l’indique leur nom, dans les hydrures métalliques l’hydrogène est directement lié aux atomes de métal via une liaison métallique. Malgré un effort de recherche soutenu depuis de nombreuses années, les capacités de stockage atteignables à la température ambiante restent de l’ordre de 1,5, 1,8 ou 2,0 % en masse. Les hydrures ioniques, quant à eux, sont des composés qui se forment entre l’hydrogène et les métaux alcalins et alcalino-terreux. Cette fois, l’hydrogène agit comme l’ion hydrure (H–) et se lie à des atomes métalliques électropositifs. Le cas de l’hydrure de Mg, MgH2, est un cas emblématique grâce à ses excellentes capacités massiques (7,6 %). Néanmoins, ses propriétés thermodynamiques défavorables pénalisent son utilisation… Dans les hydrures complexes, l’hydrogène forme des liaisons covalentes avec des métaux ou d’autres éléments non métalliques en constituant des anions. Ces complexes anioniques sont liés aux cations des métaux, afin de former un hydrure complexe réunissant des liaisons covalentes et ioniques au sein du même matériau. Cependant, ces hydrures possèdent des cinétiques de réaction multi-étapes lentes et des thermodynamiques défavorables qui limitent drastiquement leur application pratique. Finalement, afin de répondre simultanément aux trois critères clés tels que la compacité, la sûreté et l’efficacité, la méthode de stockage sous forme « solide » dans des matériaux métalliques hydrurables (formant des hydrures) est très avantageuse. Cependant, aucun matériau étudié jusqu’à maintenant ne réunit tous les critères (capacité, cinétique, thermodynamique, cyclage, coût, etc.) pour un stockage stationnaire ou mobile. C’est pourquoi des nouveaux matériaux doivent être impérativement explorés.
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Nouveaux matériaux pour le stockage de l’hydrogène – Alliages métalliques multi-élémentaires hydrurables, par Claudia ZLOTEA
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