Introduction aux compresseurs d’hydrogène à hydrures métalliques
La technologie des hydrures métalliques est une innovation de premier plan dans le domaine du stockage de l’hydrogène, essentiel pour exploiter les sources d’énergie intermittentes telles que l’énergie solaire et l’énergie éolienne. Elle consiste à utiliser les propriétés d’absorption de composés métalliques pour stocker et libérer efficacement l’hydrogène gazeux. Ces propriétés peuvent également être employées pour comprimer l’hydrogène à partir d’une source à basse pression, telle qu’un réseau de gaz ou un électrolyseur.
Compresseurs d’hydrogène à hydrures métalliques
Un compresseur d’hydrogène à hydrure métallique est composé de quatre éléments de base :
- Un réservoir haute pression contenant un lit d’hydrure. Il est relié à une alimentation en hydrogène basse pression. Plusieurs réservoirs peuvent être mis en série pour augmenter la capacité de charge du compresseur.
- Un capteur mesurant la pression d’hydrogène dans ce réservoir.
- Un élément chauffant pour contrôler la température du réservoir.
- Une sortie permettant d’évacuer l’hydrogène comprimé vers l’application ou le système expérimental qui doit être alimenté.
Le cycle de compression débute par l’alimentation du réservoir en hydrogène. Lors de cette étape, qui a lieu à la pression de la source (une dizaine de bar) et à basse température, le lit de métal est capable d’absorber une grande quantité de gaz. La vanne d’alimentation est ensuite fermée, et la température du réservoir est augmentée. L’hydrogène est alors relargué par l’hydrure métallique, induisant une montée en pression au sein du réservoir, mesurée par le capteur de pression. L’élément chauffant est piloté pour stabiliser la température du réservoir lorsque la pression de consigne est atteinte.
La vanne de sortie peut alors être ouverte, et l’application alimentée en hydrogène comprimé.
La vanne peut rester ouverte et le réservoir peut continuer de désorber l’hydrogène qu’il contient pour maintenir la pression de consigne dans l’application.
Plusieurs configurations peuvent être envisagées pour l’alimentation du compresseur avec de l’hydrogène basse pression comme utiliser un électrolyseur pour produire à partir de l’eau uniquement la quantité d’hydrogène nécessaire aux expériences ou utiliser un réseau d’hydrogène gazeux à basse pression.
Il faut noter que la technique, selon la nature et les propriétés du lit d’hydrure utilisé, peut également être applicable à la compression du deutérium.
L’apport des hydrures métalliques pour la compression d’hydrogène
Les compresseurs d’hydrogène à hydrures métalliques répondent aux enjeux des laboratoires qui doivent réaliser des expériences avec de l’hydrogène à haute pression. Ils contribuent à améliorer leur sécurité et à réduire leurs coûts de fonctionnement.
En effet, par rapport aux compresseurs mécaniques classiques, ces équipements n’utilisent aucune pièce mobile et sont donc beaucoup moins soumis à des risques d’usure. Ainsi, ils nécessitent beaucoup moins d’opérations de maintenance et présente moins de risques de fuites.
Par ailleurs, les solutions d’alimentation en hydrogène de ces compresseurs à hydrures métalliques sont toutes plus sûres que la présence d’une bouteille d’hydrogène haute pression à l’intérieur d’un laboratoire.
Enfin, seule la quantité d’hydrogène nécessaire à l’application est comprimée et stockée dans le réservoir du compresseur. Le volume occupé par le gaz est donc beaucoup plus limité que celui d’une bouteille de gaz classique et la consommation d’hydrogène est optimisée.
Par exemple, si nous prenons le cas d’une bouteille d’hydrogène de 200 bar directement connectée à une expérience prévue pour fonctionner à 100 bar par l’intermédiaire d’un détendeur. Lorsque la pression dans la bouteille descend à 100 bar, elle devient inutile pour l’expérience et doit être changée, ce qui entraîne un gaspillage de la moitié de l’hydrogène présent dans la bouteille. Avec un compresseur fonctionnant avec une alimentation de 10 bar, l’hydrogène de la bouteille peut encore être utilisé et comprimé, jusqu’à ce que la pression dans la bouteille atteigne 10 bar. Cela signifie que l’on exploite 95 % de la capacité de la bouteille au lieu de 50 %.
Enfin, la technique, particulièrement lorsqu’elle est appliquée à la compression du deutérium, présente l’avantage de pouvoir récupérer le gaz utilisé en le réabsorbant dans le lit de métal après la fin de l’expérimentation.