Hydrogène renouvelable : Le projet Vabhyogaz entre en phase de démonstration

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Paru dans Formule verte n°28

Démarré en 2007, ce projet qui vise à produire de l’hydrogène à partir de biogaz se rapproche un peu plus de la phase industrielle avec une nouvelle voie de valorisation du CO2 en bicarbonate de sodium.

Le reformeur pilote installé chez Trifyl produit jusqu’à 10 kg/j d’hydrogène. © D.R.

Produire de l’hydrogène et du bicarbonate de sodium à partir de déchets organiques, puis travailler sur les questions de transport et de distribution, c’est l’objet du projet Vabhyogaz qui entre dans sa phase 3. Soutenu par l’Ademe dans le cadre du Programme des Investissements d’Avenir et de l’appel à projets national « Stockage et Conversion de l’énergie », il bénéficiera d’un montant de 9,8 millions d’euros (dont une aide en grande partie remboursable de 4,5 M€) pour une durée de quatre ans sur la période 2016-2020, pour franchir le stade de la démonstration. Au programme justement, la réalisation de démonstrateurs à l’échelle de 100 kg H2/j sur 2 sites différents, afin de garantir la pertinence du modèle. Dans le modèle envisagé, chaque site de production alimentera 2 à 5 sites satellites de distribution à une distance de 30 à 50 km, afin de bénéficier d’effet d’échelle pour la production tout en limitant les coûts de transport et aboutir ainsi à un coût compétitif de l’hydrogène.
Le premier site sélectionné se situe à Labessière-Candeil dans le Tarn (81) chez Trifyl où la faisabilité technique de la production d’hydrogène à partir d’un biogaz a été démontrée à une échelle pilote de 10 kg H2/j, par deux partenaires, HERA-France et Trifyl. La nouvelle unité de démonstration alimentera ensuite une station de distribution in situ ainsi qu’une future unité de distribution d’hydrogène distante de 30 km. Le site accueillera également l’unité de production de bicarbonate de sodium à partir d’une source de CO2 renouvelable, capté en sortie du procédé de fabrication de l’hydrogène. Cette phase a déjà été validée à échelle pilote (20 kg/h avec du CO2 issu de fermentation vinicole) et sera gérée par EMTA, filiale de SARP Industries (groupe Veolia). Elle repose sur la réaction du carbonate de sodium avec le CO2, en suspension dans de l’eau. « Il s’agit ici de passer à une échelle de 375 kg/h (3 000 t/an) en validant le procédé dans des conditions de fonctionnement industriel en continu, pour ensuite envisager une réplication à échelle de 1 500 kg/h (12 000 t/an) », précisent les partenaires.
Le second territoire pour la production d’hydrogène sera révélé ultérieurement. Il accueillera une autre unité de production de 100 kg/j d’hydrogène qui alimentera 3 stations de distribution de 20 kg/j et 40 kg/j.
Côté démonstration, il est également prévu de réaliser des modules de stockage transportables. Sur la base des technologies existantes de bouteilles haute pression en matériaux composites, la réalisation et la certification de cadres dédiés au transport de l’hydrogène sont programmées. Ces produits seront adaptés au marché émergent de la mobilité hydrogène (stations de recharge de capacité nominale 20 kg/j) et le gain de masse des cadres induira des diminutions très fortes des coûts de transport de l’hydrogène, des énergies dépensées et des émissions associées.
Il est aussi prévu de développer des modules de distribution. Une offre modulaire sera développée pour la recharge des véhicules en hydrogène à 35 et 70 MPa en stations-service dans une gamme de 20 à 80 kg H2/j et facilement extensible à 200 kg H2/j. « L’originalité des produits repose dans le dimensionnement et l’intégration optimisée des composants, dans la gestion du remplissage et du refroidissement de l’hydrogène, de manière à aboutir à un investissement modéré et à un coût d’exploitation très faible : les dépenses énergétiques sont réduites », ajoutent les porteurs du projet.

Un projet démarré en 2007
Les débuts du projet Vabhyogaz remontent à 2007, à l’initiative de Didier Grouset, professeur à l’école des Mines d’Albi, et pour être plus précis d’une coopération entre N-GHY, start-up qu’il avait créée, avec le syndicat départemental Trifyl chargé de la valorisation des déchets ménagers du Tarn. L’objectif était déjà de s’intéresser à l’ensemble de la chaîne de valeur de l’hydrogène : production, stockage et distribution. L’idée de valoriser le CO2 en bicarbonate de sodium est venue ultérieurement pour améliorer notamment l’économie du système. Pour ce qui est de la production d’hydrogène, tout part d’une première étape de méthanisation des déchets qui conduit à un mélange appelé biogaz et composé de CO2 et de CH4. En principe, ce biogaz est purifié pour écarter notamment le CO2 mais également le H2S formé. L’originalité du procédé consiste à conserver le mélange CH4-CO2, sans purification, et à le placer sous pression (15 bars) à 900 °C en introduisant de la vapeur et un catalyseur à base de nickel. Cela conduit à la production d’un mélange d’hydrogène et de CO2. « Le procédé admet en entrée un biogaz avec des teneurs très variables de CO2, allant de 0 à 60 % ; ceci le rend apte à traiter tout type de biogaz et également du gaz extrait du réseau de gaz naturel avec garantie d’origine renouvelable. La suppression de l’étape d’enrichissement du biogaz diminue le coût d’investissement de l’installation et apporte un avantage concurrentiel au procédé Vabhyogaz », justifient les partenaires.

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