Alimenter les navires en hydrogène à partir de méthanol

Le principe de la production d'hydrogène à partir de méthanol peut également être appliqué dans une série de scénarios dans l'industrie chimique

05.07.2022 - Allemagne

La navigation est l'une des sources de gaz à effet de serre dont la croissance est la plus rapide, ce qui conduit les constructeurs et les exploitants de navires à rechercher des systèmes de propulsion alternatifs respectueux de l'environnement. Les chercheurs de Fraunhofer se sont associés à des partenaires pour développer le concept HyMethShip, dans lequel l'hydrogène est obtenu à partir du méthanol. Cette technologie ne nécessite pas le transport de grands réservoirs d'hydrogène à bord, ce qui la rend beaucoup plus sûre. À l'avenir, elle pourrait également s'avérer une solution intéressante pour les paquebots de croisière.

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La partie supérieure du graphique montre la production de méthanol à terre. La partie inférieure montre comment l'hydrogène pour le moteur est obtenu à partir du méthanol dans le réacteur (flèche bleue). Le dioxyde de carbone restant est stocké dans le réservoir et réutilisé dans la production de méthanol à terre.

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Selon l'Agence européenne pour l'environnement, le transport maritime est responsable de plus de trois pour cent des émissions totales de carbone dans l'Union européenne. Pour la seule année 2019, les émissions ont atteint 144 millions de tonnes de CO2. Cela peut sembler peu, mais le transport maritime est l'une des sources d'émissions de gaz à effet de serre qui connaît la plus forte croissance depuis de nombreuses années en raison de la forte augmentation du volume des échanges. Par conséquent, les constructeurs et les exploitants de navires du monde entier sont à la recherche d'alternatives écologiques aux moteurs de navires conventionnels fonctionnant au fioul ou au diesel. Dans ce contexte, l'accent est mis de plus en plus sur l'hydrogène vert comme source d'énergie propre. Cependant, le transport en haute mer de réservoirs spéciaux lourds et volumineux contenant de l'hydrogène sous pression comporte toujours un certain risque.

Les chercheurs de l'Institut Fraunhofer pour les technologies et systèmes céramiques IKTS ont travaillé avec des partenaires pour développer une technologie qui utilise l'hydrogène comme concept de propulsion à zéro émission et évite ces inconvénients. Le projet HyMethShip, financé par l'UE, utilise le méthanol comme vecteur d'hydrogène liquide. Dans ce concept, le navire est ravitaillé en méthanol au port. À bord, l'hydrogène est obtenu à partir du méthanol par un processus de reformage à la vapeur et est utilisé pour la propulsion du navire. "De cette façon, nous faisons d'une pierre deux coups : Le navire dispose d'un système de propulsion à émissions quasi nulles et il n'est pas nécessaire de disposer d'un grand réservoir d'hydrogène potentiellement dangereux", explique Benjamin Jäger, du groupe "Catalyse et synthèse des matériaux" du Fraunhofer IKTS.

Faire le plein de méthanol, brûler de l'hydrogène

La pièce maîtresse technique du système est le réacteur. Le méthanol est mélangé à de l'eau, puis évaporé par application de chaleur et introduit dans le réacteur préchauffé, où le mélange de méthanol et d'eau est transformé en hydrogène et en CO2. En ce qui concerne la séparation de l'hydrogène et l'ingénierie des réacteurs, le Fraunhofer IKTS peut mettre à profit ses nombreuses années d'expérience dans la technologie des procédés membranaires. Les chercheurs de Fraunhofer ont mis au point une membrane en céramique recouverte de carbone. Les molécules d'hydrogène s'échappent par les pores extrêmement fins de la membrane, tandis que les molécules de dioxyde de carbone, plus grosses, sont retenues. Grâce à ce procédé, l'hydrogène atteint un niveau de pureté supérieur à 90 %. Il est ensuite introduit dans le moteur, qu'il entraîne en brûlant dans un moteur à combustion classique - et ne génère absolument aucun gaz d'échappement nocif pour le climat.

Le concept de processus utilisé dans le projet comprend deux autres éléments de conception ingénieux qui optimisent le système. Premièrement, la chaleur résiduelle du moteur est utilisée pour chauffer le réacteur, ce qui augmente considérablement l'efficacité du système. Deuxièmement, le dioxyde de carbone restant est ramené à l'état fluide en aval du réacteur et alimente les réservoirs de méthanol vides. Lorsque le navire arrive au port, le CO2 est introduit dans les réservoirs et peut alors être utilisé pour le prochain processus de synthèse du méthanol.

"Le méthanol est un vecteur d'hydrogène idéal pour le transport maritime. Sa densité énergétique est deux fois plus élevée que celle de l'hydrogène liquide, de sorte que les réservoirs de méthanol à bord doivent être deux fois plus petits. Il peut également être transporté en toute sécurité : Même si un réservoir fuit, il n'y a pas de risque environnemental aigu", explique le Dr Benjamin Jäger, expert de l'IKTS dans ce domaine.

Au cours du développement, l'un des défis techniques a été d'agrandir les membranes céramiques afin qu'elles puissent être utilisées dans le contexte de la propulsion requise pour les moteurs de navires. Les chercheurs ont réussi à faire passer la membrane de sa longueur initiale de 105 mm seulement à 500 mm, ce qui permet de propulser des moteurs d'une puissance allant jusqu'à 1 MW. L'objectif à moyen terme est de développer des systèmes de propulsion de 20 MW et plus.

Des voyages respectueux de l'environnement sur les ferries et les bateaux de croisière

Un système de propulsion à émissions nulles serait idéal pour les ferries qui effectuent des trajets fixes entre deux ports, chaque port disposant de sa propre station-service de méthanol. Toutefois, cette technologie pourrait également constituer une solution d'avenir attrayante pour les porte-conteneurs et les navires de croisière. Les passagers soucieux de l'environnement seraient attirés par les croisières vertes, sans émissions de gaz à effet de serre et sans grands entonnoirs rejetant dans l'air la suie issue du processus de combustion du fioul.

Dans le cadre du projet HyMethShip financé par l'UE, Fraunhofer IKTS a travaillé avec plusieurs partenaires. Le Large Engines Competence Center (LEC) de Graz, en Autriche, était responsable de la coordination générale du projet, tandis que la startup SES-HyDepot e.U. d'Innsbruck exploitait l'installation d'essai à petite échelle pour valider le processus technique sous-jacent. Christian Mair, PDG de SES-HyDepot, est optimiste : "Les essais ont montré qu'il est possible de fournir de l'hydrogène à partir de méthanol. Cela offre des perspectives à moyen terme pour les navires et leurs importants besoins en énergie."

L'industrie commence à subir une pression politique croissante dans le cadre de la transition énergétique et du Green Deal européen. En 2020, le Parlement européen a appelé les compagnies maritimes à réduire considérablement leurs émissions. Avec son système de propulsion à hydrogène à zéro émission, le projet HyMethShip pourrait apporter une contribution importante à cet égard. Il existe également des applications potentielles dans d'autres secteurs. Le principe de la production d'hydrogène à partir de méthanol peut également être appliqué dans une série de scénarios dans l'industrie chimique.

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.

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