Témoignages de chercheurs

L’hydrogène bas carbone, une priorité pour la R&D d’EDF

La R&D d’EDF travaille depuis plusieurs décennies sur le sujet de l’hydrogène bas carbone. Des compétences rares ont pu ainsi être développées au sein des équipes, qui ont permis l’émergence d’Hynamics et qui sont autant d’atouts pour cette nouvelle filiale d’EDF dédiée à l’hydrogène bas carbone.

Aujourd'hui, 95 % de l'hydrogène produit dans le monde est conçu à l'aide d'énergies fossiles. Il est pourtant possible d'en fabriquer sans émettre de dioxyde de carbone, grâce à l'électrolyse de l'eau et de l'électricité décarbonée. Né il y a tout juste deux ans et demi, Hynamics vise la production et la commercialisation de cet hydrogène bas carbone. Depuis ses débuts, la R&D d'EDF l'accompagne dans ses premières réalisations industrielles. L'objectif, alimenter deux secteurs prioritaires : l'industrie, première utilisatrice d'hydrogène carboné, mais aussi la mobilité lourde, à savoir les trains, les bus les camions et les bateaux. Rappelons que l'utilisation de l'hydrogène bas carbone dans les années futures sera un facteur clé pour atteindre la neutralité carbone.

Une connaissance sectorielle et technique

Pour la R&D, travailler aux côtés d'Hynamics nécessite tout d'abord de réaliser une veille sur les champs technico-économiques pour identifier les évolutions majeures du secteur. Quels sont par exemple les besoins des industriels en matière d'hydrogène ? Une connaissance sectorielle indispensable qui s'additionne aux compétences techniques des chercheurs.

Si un bond technologique a pu être effectué ces dernières années, des questions demeurent. Après la production, trois phases principales conditionnent l'utilisation de l'hydrogène : la compression, le stockage et la distribution. Et à chacune de ces étapes clés subsistent des points d'amélioration voire de véritables verrous techniques.  « Pour remplir les réservoirs d'un train fonctionnant à l'hydrogène, il faudra être en mesure de le faire très rapidement. Or, la circulation de l'hydrogène gazeux à très haute pression dans les canalisations pose des problèmes thermiques dans les systèmes de distribution et de remplissage. Nous étudions des façons d'optimiser ces écoulements et donc les durées de remplissage des réservoirs. Le fait de proposer des solutions plus rapides dotera Hynamics d'un avantage concurrentiel important » explique Yves Schlumberger, responsable du programme Stockage de l'hydrogène au sein de la R&D d'EDF.

Avec trois coopérations européennes réalisées à la suite, le sujet de la compression n'est pas en reste à la R&D d'EDF. Un prototype innovant a ainsi pu être conçu : « Il nous permet de supprimer une bonne partie de la maintenance et d'assurer une grande pureté de l'hydrogène, ce qui est essentiel pour ses utilisations liées à la mobilité. On obtient à la fois un produit plus pur, à un coût moindre, un autre atout de l'hydrogène produit par électrolyse. Notre objectif est d'être présent sur l'ensemble des maillons de la chaîne, de la production jusqu'au client final, pour œuvrer à la compétitivité de cette technologie » nous dévoile Annabelle Brisse, experte senior hydrogène d’EDF et pilote du projet Mobilité hydrogène chez EIFER, le centre de recherche commun d'EDF et du KIT, situé en Allemagne.

*KIT : Institut de technologie de Karlsruhe

Produire l'hydrogène, une thématique centrale

La R&D d'EDF s'intéresse donc à l'ensemble du cycle de vie de l'hydrogène, de la production à son utilisation ! Mais il existe un enjeu technique et industriel fort sur la production d’hydrogène et la R&D d’EDF s’investit particulièrement. Comment réussir à le produire en très grand volume ? Les électrolyseurs sont-ils sûrs ? Comment vieillissent-ils ? Les chercheurs s'attachent à trouver des réponses à ces problématiques. Ils développent aussi des outils, tels que des logiciels pour dimensionner ces électrolyseurs et ensuite les exploiter.

En décembre 2020, une plateforme exceptionnelle de tests d'électrolyseurs est entrée en service, sur le site EDF Lab les Renardières en région parisienne : « cette plateforme va nous permettre de tester des électrolyseurs de plusieurs mégawatts, représentatifs de ceux qui seront implantés dans les années à venir. Quels impacts vont-ils avoir sur le réseau électrique, et inversement ? Cela sera d'autant plus instructif que cette plateforme sera adossée à notre moyen d'essais : Concept grid qui nous permet de reproduire toutes les conditions du réseau, comme par exemple l'alimentation électrique issue du réseau électrique, d'un champ solaire photovoltaïque ou même d'un mélange des deux ! Nous étudierons ainsi la performance et le vieillissement des électrolyseurs face à la variabilité des énergies renouvelables (EnR), et les synergies potentielles entre la production d'hydrogène et celle d'EnR. On peut très bien s'imaginer par exemple qu'en cas de vent fort, un producteur utilise l'électricité excédentaire pour produire de l'hydrogène, les électrolyseurs apporteront de nouveaux leviers de flexibilité aux systèmes électriques » résume Yves Schlumberger.

De l'application immédiate à l'hydrogène de demain

Avec sa plateforme située sur le site EDF Lab les Renardières, la R&D d'EDF travaille sur une forme très appliquée de recherche en rendant encore plus opérationnelle les technologies dites d'électrolyse matures telles que la technologie d'électrolyse alcaline. Mais elle s'intéresse aussi à des solutions technologiques moins matures, amenées à être mises sur le marché d'ici quelques années : « À EIFER, nous participons à des projets de recherche sur des technologies innovantes qui pourraient émerger demain. Nous étudions principalement l'électrolyse de l'eau à haute température, qui permettra à l'horizon 2030 d'obtenir de meilleurs rendements de conversion et de diminuer les coûts. Nous nous intéressons aussi à la co-électrolyse pour la production de e-Fuel. Nous y réfléchissons pour les vols long-courriers qui nécessitent une telle quantité d'énergie qu'elle s'avère difficile à stocker sous la forme d'hydrogène. L'idée est de créer une nouvelle forme de pétrole de manière vertueuse, à l'aide d'hydrogène et de CO₂ issus de biomasse ou de captage de CO₂ Mais tout ça, pas avant 2050 ! » anticipe Annabelle Brisse.

De la recherche amont à une recherche très appliquée, la R&D d'EDF travaille  sur un panel d'études très variées et s'appuie sur des partenariats prestigieux. Qu'elles soient académiques (CNRS, IFPEN, CEA, etc.) industrielles (Toyota, PSA, Renault, etc.), françaises ou européennes, ces collaborations illustrent, selon Annabelle Brisse, la stratégie du groupe EDF : « Nous n'avons pas signé d'accords bilatéraux très contraignants. Nous préférons nous nourrir de la recherche académique et industrielle dans le cadre de projets à financement public. EDF n'est pas fabricant de technologies ; nous sommes agnostiques par rapports aux technologies Nous préférons pouvoir choisir la technologie la plus efficace pour l'usage demandé ».

À la fois vecteur énergétique, carburant, matière première, stockable et transportable, l'hydrogène est aujourd'hui produit à partir de matières premières d’origine fossile. Produit à partir d'électricité décarbonée, il devient un enjeu de la transition énergétique. L'hydrogène, ses modes de production et son conditionnement, sa distribution, ses usages et ses limites sont présentés dans ce livre. Un ouvrage facilement accessible pour tout savoir sur ce combustible d'aujourd'hui et de demain.

L'hydrogène décarboné, un défi pour la transition énergétique