Bibliographie & annexes
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En anglais
NOTE DE L'ÉDITEUR
Cet article décrit un ensemble de travaux qui ont valu à leurs auteurs l'attribution du prix Yves Rocard de la Société française de physique en octobre 2012. Cette innovation a été récompensée en 2023 par le Prix de l’inventeur européen décerné l'Office européen des brevets.
RÉSUMÉ
Le stockage solide de l'hydrogène sous forme d'hydrure de magnésium (MgH2) permet la conversion à grande échelle de l'énergie électrique, notamment d'origine renouvelable. Des poudres nanostructurées très réactives sont obtenues par cobroyage de MgH2 et de métaux de transition. Après compaction avec du graphite expansé, ces poudres conduisent à des matériaux composites performants en termes de capacité de stockage et de cinétique de sorption de l'hydrogène. Les réactions d'hydruration (déshydruration) étant fortement exothermiques (endothermiques), le développement de réservoirs performants impose une gestion thermique pointue. Des outils numériques et analytiques ont été développés afin d'aider à la conception de ces systèmes de stockage.
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Solid state hydrogen storage under the form of magnesium hydride (MgH2) allows for the large-scale conversion of electrical energy, including renewable sources. Highly reactive nanostructured powders are obtained by the co-milling of MgH2 with transition metals. After compaction with expanded graphite, these powders allow for the production of composite materials with high storage capacity and very good kinetics of hydrogen sorption. As hydrogenation (dehydrogenation) reactions are strongly exothermic (endothermic), the development of performing tanks requires a state-of-the-art thermal management. Analytical and numerical tools have been developed in order to assist in the design of these storage systems.
Auteur(s)
-
Patricia DE RANGO : Directeur de recherche Institut Néel et CRETA, CNRS, Grenoble, France
-
Daniel FRUCHART : Directeur de recherche Institut Néel et CRETA, CNRS, Grenoble, France
-
Philippe MARTY : Professeur à l'université Joseph Fourier Laboratoire des Écoulements Géophysiques et Industriels, UJF, Grenoble, France - Cet article décrit un ensemble de travaux qui ont valu à leurs auteurs l'attribution du prix Yves Rocard de la Société française de physique en octobre 2012. Ce prix est destiné à récompenser une innovation ayant entraîné un transfert technologique
INTRODUCTION
Domaine : Stockage de l'énergie
Degré de diffusion de la technologie : Émergence | Croissance | Maturité
Technologies impliquées : Stockage solide de l'hydrogène dans des hydrures métalliques
Domaines d'application : Stockage des énergies renouvelables
Principaux acteurs français :
CNRS-Institut Néel & CRETA, Grenoble
Université Joseph Fourier-Laboratoire des Écoulements Géophysiques et Industriels, Grenoble
CNRS-Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux, Pessac
CNRS-Institut de Chimie et des Matériaux Paris-Est, Thiais
CEA-LITEN, Grenoble
Université de Picardie-Laboratoire de Réactivité et Chimie des Solides
Pôles de compétitivité : Tenerrdis, Alphea
Industriels : McPhy Energy
Autres acteurs dans le monde :
Université de Québec à Trois-Rivières, Canada
Université de Padoue, Italie
NIMCR, Tsukuba, Japon
Contact : [email protected] ; [email protected] ; [email protected]
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DOI (Digital Object Identifier)
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Description technique de l'innovation
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1. Contexte
L'intégration des énergies photovoltaïque ou éolienne dans les réseaux électriques nécessite de développer des solutions de stockage de ces énergies intermittentes. L'hydrogène, dont le pouvoir énergétique par unité de masse est trois fois plus élevé que celui du pétrole, constitue un vecteur énergétique prometteur : l'énergie électrique générée à partir d'énergies renouvelables pourrait ainsi être stockée sous forme d'hydrogène produit par électrolyse avant d'être restitué au réseau par une pile à combustible ou via une turbine à gaz. Chacune des phases de production, de stockage ou de consommation de ce gaz sont exemptes de production de CO2 de sorte que cette filière énergétique est particulièrement propre.
L'hydrogène est un gaz très léger et inflammable de sorte que son stockage est un point délicat dans le développement de cette filière. Le mode de stockage gazeux à haute pression est actuellement le plus répandu. Des réservoirs dits « hyperbares » fonctionnant jusqu'à 700 bars ont été récemment développés. À cette pression, la densité volumique du système « gaz + enveloppe » est de 42 kg/m3. Cette solution est tout à fait envisageable pour le stockage de quelques kilogrammes d'hydrogène bien que son acceptabilité par le grand public reste à améliorer. Pour des quantités plus importantes, d'autres solutions, plus sûres, doivent être recherchées.
Le stockage cryogénique de l'hydrogène liquide permet une augmentation notable de la densité de stockage mais la liquéfaction à 20 K et le maintien d'une température aussi basse génèrent des coûts énergétiques d'au moins 20 % du pouvoir calorifique de l'hydrogène. Cela réduit considérablement la rentabilité et donc l'intérêt d'un tel mode de stockage.
Entre autres solutions, signalons aussi l'adsorption ou physisorption, qui est un mode de stockage dans lequel les molécules de gaz se fixent sur un matériau poreux sous l'effet de forces interatomiques faibles, dites « de Van der Waals ». Il s'agit donc d'un stockage en surface, pour lequel des composés nanocarbonés de grande surface spécifique (surface développée de l'ensemble des pores du matériau rapportée à la masse ou au volume) ont...
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Contexte
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - FUKAI (Y.) - The metal-hydrogen system, bulk properties. - Ed. by U. Gonser, Springer series in material science, 21 (1993).
-
(2) - GÉRARD (N.), ONO (S.) - Hydrogen in intermetallic compounds II - . In Topics in Applied Physics, Springer Verlag, no 67, Chap. 4. p. 165 (1992).
-
(3) - ZACHARIASEN (W.H.), HOLLEY (C.E.), STAMPER (C.E.) - Neutron diffraction study of magnesium deuteride, - Acta Crystallographica, 16, p. 352-353 (1963).
-
(4) - WIBERG, GOELTZER, BAUER - * - Zeitchrift für Naturforschung, 6b, p. 394 (1951).
-
(5) - ISLER (J.) - * - Thèse de l'université de Dijon, France (1979).
-
(6) - OELERICH (W.), KLASSEN (T.), BORMANN (R.) - Comparison of the catalytic effects of V, V2O5 , VN, and VC on the hydrogen sorption of nanocrystalline Mg. - ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Stockage reversible de l'hydrogène dans les alanates.
-
Décollage du stockage de l'hydrogène sous forme solide.
Institut Néel http://www.neel.cnrs.fr/
Consortium de recherche pour l'émergence de technologies avancées http://www.creta.grenoble.cnrs.fr/
Laboratoire des Écoulements géophysiques et industriels http://www.legi.grenoble-inp.fr
McPhy Energy SA, 26190 La Motte Fanjas, France http://www.mcphy.com/fr/
HAUT DE PAGE
ISO 16111 - 2008 - Appareils de stockage de gaz transportables – Hydrogène absorbé dans un hydrure métallique réversible, 22 pages - -
HAUT DE PAGE
Brevet J. Charbonnier et al., Composites nanocristallins pour le stockage de l'hydrogène, WO2007/125253
Brevet A. Chaise et al., Matériaux de stockage de l'hydrogène à base d'hydrure de magnésium, WO2009/080986
Brevet A. Chaise et al., Réservoir de stockage de l'hydrogène, WO2009/080975
Brevet G. Bienvenu et al., Réservoir adiabatique d'hydrure métallique, WO2010/076415
Brevet G. Bienvenu et al., Réservoir de stockage de l'hydrogène à l'état solide, WO2011/033192
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