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Jun 09, 2023

L'économie de l'hydrogène essentielle aux efforts de décarbonation

Par Keefe Borden14 mars 2023 L'économie de l'hydrogène n'est pas une perspective imaginaire

Par Keefe Borden14 mars 2023

L'économie de l'hydrogène n'est pas une perspective imaginaire d'un avenir utopique lointain, mais de plus en plus, c'est une réalité, a déclaré un panel d'ingénieurs lors d'un récent webinaire. En réponse à cela, l'industrie de la compression a connu une nette augmentation des commandes de compresseurs à hydrogène au cours des derniers mois.

"L'économie de l'hydrogène n'est plus quelque chose pour l'avenir. Nous en sommes témoins en ce moment", a déclaré Lennert Buijs, chef de projet pour TNO, qui s'est exprimé lors d'un récent webinaire organisé par le Forum européen des compresseurs alternatifs.

L'EFRC a récemment publié un livre blanc, "Hydrogen Compression: Boosting the Hydrogen Economy", pour discuter de la croissance de la compression de l'hydrogène en Europe. Son récent webinaire a eu lieu pour dévoiler le contenu principal de ce document.

Le document de l'EFRC a donné un aperçu des avantages et des inconvénients relatifs des différents systèmes de compression utilisés dans l'économie de l'hydrogène. L'organisation met en lumière la technologie de compression de l'hydrogène existante et les développements en Europe qui soutiennent la transition vers une économie verte de l'hydrogène.

Le livre blanc et le séminaire ont décrit les différents types de compresseurs disponibles pour la compression de l'hydrogène et les avantages et limites relatifs de chacun. La chaîne de valeur de l'hydrogène peut être divisée en trois parties : la production, le transport et le stockage de l'hydrogène et l'utilisation finale de l'hydrogène. La compression est nécessaire dans chaque partie de la chaîne de valeur.

Une fois produit, l'hydrogène est ensuite comprimé et introduit dans un système de transport. Il peut être introduit dans un pipeline, ce qui nécessiterait également une compression pour déplacer les molécules vers un autre emplacement. Il peut également être transporté par remorque, mais la compression est nécessaire ici aussi - et généralement à des pressions encore plus élevées que celles requises par les pipelines.

L'industrie a besoin de compression pour le stockage dans des réservoirs ou dans des stockages souterrains de gaz. Dans les deux cas, le stockage peut amortir la nature intermittente de la production et de la consommation d'hydrogène, selon le journal.

La consommation d'hydrogène, troisième maillon de la chaîne de valeur, peut également nécessiter une compression répondant à des critères spécifiques selon les applications. L'hydrogène peut être utilisé pour la production d'électricité, comme matière première ou comme carburant pour véhicules.

L'Europe va de l'avant avec de multiples projets d'hydrogène conçus pour réduire la dépendance aux hydrocarbures. "Nous voyons beaucoup de projets en cours de développement en ce moment", a déclaré René Peters, l'un des présentateurs du récent webinaire.

L'Union européenne, dans son Green Deal, voit un rôle important pour l'hydrogène et l'électricité dans son futur système énergétique. Aux Pays-Bas, par exemple, il existe environ 160 projets qui produiraient à terme 12 GW d'hydrogène vert d'ici 2030, a-t-il déclaré.

Les Pays-Bas se sont également engagés à construire un réseau de pipelines d'hydrogène qui serait relié à un réseau similaire en Allemagne et en Belgique et à des sites offshore. Une compression serait nécessaire dans tout le réseau de pipelines, a-t-il déclaré.

L'Europe aura également besoin de compression pour un nombre croissant de stations de ravitaillement en hydrogène, qui doivent fournir de l'hydrogène de haute pureté à 350 à 700 bar pour alimenter les véhicules personnels ou les poids lourds. En Allemagne, il existe 93 stations et 50 autres en cours de développement. Les Pays-Bas, la Belgique, le Danemark, la Norvège et la Suisse comptent également un nombre croissant de stations-service.

"Nous assistons à un déploiement important de stations de ravitaillement en hydrogène en Europe", a déclaré Buijs. "Nous assistons rapidement à une couverture complète du nord-ouest de l'Europe pour les véhicules à pile à combustible à hydrogène et les poids lourds."

Certains opérateurs intermédiaires tentent d'utiliser des cavernes de sel et des gisements de gaz épuisés pour le stockage à grande échelle de l'hydrogène. Pas moins de 250 GW d'hydrogène pourraient être stockés dans des cavernes de sel. "Le stockage est vital pour sécuriser un marché. Des cavernes sont nécessaires pour assurer la sécurité de l'approvisionnement", a-t-il déclaré.

Le document et le webinaire ont noté que divers types de compresseurs peuvent être utilisés pour l'hydrogène et que certains conviennent mieux que d'autres en fonction de l'application. L'étude a comparé différents types de compresseurs pour la capacité, la fiabilité, la pression finale, la pureté du gaz, l'efficacité, le potentiel de taux de variation, les pulsations, les vibrations et le bruit.

Les compresseurs à piston sont parmi les plus courants car ils peuvent fournir une large gamme de pressions et de capacités. Ils ont fait leurs preuves après des décennies d'utilisation dans les raffineries. Ce sont généralement des machines polyvalentes qui peuvent bien gérer les changements de conditions de processus et peuvent être refusées avec une grande efficacité. Les compresseurs à piston peuvent être lubrifiés ou non lubrifiés.

L'un des inconvénients des compresseurs à piston est qu'ils comportent de nombreuses pièces d'usure qui doivent être entretenues et remplacées périodiquement. Le rapport de pression par étage est quelque peu limité, ce qui signifie souvent qu'ils ont besoin de plusieurs étages pour augmenter le gaz à une pression plus élevée. Les compresseurs alternatifs créent également un flux de gaz pulsé qui peut entraîner des vibrations qui doivent être contrôlées.

Les compresseurs alternatifs sont l'option la plus courante pour le transport de l'hydrogène par pipeline. Ils sont également couramment utilisés dans les applications souterraines de stockage d'hydrogène, qui nécessitent généralement entre 200 et 300 bar. Les conditions de cette application peuvent varier et les injections et les retraits peuvent avoir lieu plusieurs fois par jour.

Les compresseurs à membrane et hydrauliques sont des machines volumétriques qui ont fait leurs preuves dans les applications à l'hydrogène. Ils sont particulièrement bien adaptés aux stations de ravitaillement en hydrogène car ils garantissent une grande pureté du gaz et peuvent atteindre des rapports de pression plus élevés par étage. Ils ont des limites : ils ont généralement une capacité inférieure à celle de leurs cousins ​​alternatifs. De plus, ils nécessitent un fonctionnement soigné avec un entretien régulier pour assurer une fiabilité optimale. Le remplacement d'une membrane dans un compresseur à membrane est un processus relativement long par rapport au remplacement de pièces dans des compresseurs hydrauliques.

Les compresseurs à vis sont des machines volumétriques qui réduisent le volume de gaz grâce à un train établi entre deux rotors en rotation. L'un des avantages est qu'ils ont généralement une vitesse de fonctionnement plus élevée qu'un compresseur à piston, ce qui lui confère une capacité plus élevée pour le même encombrement. Les compresseurs à vis ont peu de pièces d'usure, ce qui signifie moins d'entretien programmé que les machines à pistons.

Cependant, les compresseurs à vis ont une capacité inférieure à celle des compresseurs à piston et un bilan limité pour l'hydrogène en raison de leur pression de refoulement relativement faible, qui se situe généralement entre 30 et 40 bars. Les compresseurs à vis génèrent également des pulsations côté refoulement, souvent à une fréquence plus élevée que les compresseurs à piston.

Les compresseurs centrifuges utilisent une roue pour accélérer et comprimer les gaz. Ils sont considérés comme une technologie mature pour les applications riches en hydrogène comme les hydrocraqueurs dans les raffineries. Cependant, ils ne sont pas bien adaptés aux applications d'hydrogène pur, selon l'étude.

Les compresseurs centrifuges peuvent fonctionner à grande vitesse et avoir une capacité élevée, souvent supérieure à celle des compresseurs à piston de même encombrement. Ils n'ont pas de pièces d'usure et leurs pulsations sont bien inférieures à celles des compresseurs à pistons.

Cependant, leur rapport de pression par étage est très faible et ils ont un point d'efficacité limité. Ils sont conçus pour fonctionner dans un ensemble spécifique de circonstances. Si ces circonstances changent, l'efficacité diminue.

"Les compresseurs centrifuges ont encore une expérience très limitée pour les applications d'hydrogène pur", a-t-il déclaré.

Enfin, certains concepts plus innovants pour la compression de l'hydrogène ont également été discutés, utilisant des principes non mécaniques. Celles-ci comprennent, par exemple, la compression électrochimique et la compression d'hydrure métallique. Bien qu'elles n'aient pas encore atteint le niveau de maturité et la capacité des compresseurs classiques classiques (mécaniques), ces technologies évoluent rapidement et présentent un intérêt certain pour des applications spécifiques à l'hydrogène.

L'EFRC a noté que de nombreux équipementiers investissent massivement dans la recherche et le développement pour les applications de l'hydrogène. On a par exemple tendance à aller vers l'augmentation de la pression de sortie, notamment pour les compresseurs non lubrifiés nécessaires à l'hydrogène pur.

Une autre tendance dans la recherche est la fiabilité après des démarrages et des arrêts intermittents. Les fabricants tentent d'améliorer la fiabilité des machines qui ne sont pas utilisées à un rythme constant. Les stations de ravitaillement en hydrogène sont un excellent exemple où un compresseur fonctionnerait pendant qu'un véhicule est ravitaillé en carburant, puis s'arrêterait lorsqu'il serait plein.

Un autre sujet de recherche est la possibilité de techniques de compression hybrides pour combiner les avantages relatifs de chaque type de compresseur. Par exemple, certaines industries étudient la combinaison d'un compresseur à vis à un étage inférieur combiné à une machine alternative à un étage supérieur. Dans d'autres cas, ils étudient l'utilisation d'un compresseur à piston à un étage bas, puis d'un compresseur à membrane à un étage plus élevé. Cette combinaison de technologies peut souvent être réalisée sur un seul arbre.

Les fabricants étudient également comment les différents équipements utilisés dans les systèmes à hydrogène interagissent les uns avec les autres. Par exemple, ils veulent savoir si un électrolyseur peut être endommagé par les pulsations provoquées par un compresseur alternatif. "Ce sont des questions qui ne sont pas encore claires", a déclaré Leonard van Lier, de TNO Energy Transition.

L'étude a abouti à quelques conclusions à la fin. L'hydrogène est un élément crucial du processus de décarbonation. Une compression efficace et fiable sera nécessaire tout au long de la chaîne de valeur de l'hydrogène.

Face à cette forte demande, les constructeurs cherchent à améliorer les capacités et les pressions. En outre, ils recherchent des moyens de maintenir le fonctionnement efficace de l'équipement à plusieurs vitesses et de manière fiable avec des démarrages et des arrêts intermittents.