Le stockage de l'hydrogène dans le charbon pourrait contribuer à alimenter une économie fondée sur les énergies propres
Le développement du stockage de l'hydrogène dans les communautés minières pourrait ouvrir de nouvelles perspectives économiques
La recherche de l'hydrogène en tant que source d'énergie propre susceptible de réduire notre dépendance à l'égard des combustibles fossiles pourrait mener à un endroit inattendu : le charbon. Une équipe de scientifiques de l'État de Pennsylvanie a découvert que le charbon pouvait représenter un moyen potentiel de stocker l'hydrogène gazeux, de la même manière que les batteries stockent l'énergie en vue d'une utilisation ultérieure, ce qui permet de lever un obstacle majeur au développement d'une chaîne d'approvisionnement en énergie propre.
"Nous avons découvert que le charbon pouvait être une batterie géologique à hydrogène", a déclaré Shimin Liu, professeur agrégé d'ingénierie énergétique et minérale à la Penn State. "Il est possible d'injecter et de stocker l'énergie de l'hydrogène et de l'avoir à portée de main quand on en a besoin.
L'hydrogène est un combustible propre et prometteur pour les secteurs les plus énergivores de notre économie : les transports, la production d'électricité et l'industrie manufacturière. Mais il reste encore beaucoup à faire pour construire une infrastructure de l'hydrogène et en faire une source d'énergie abordable et fiable, ont déclaré les scientifiques.
Il s'agit notamment de trouver un moyen de stocker l'hydrogène, ce qui est actuellement coûteux et inefficace. Les formations géologiques sont une option intéressante, selon les scientifiques, car elles peuvent stocker de grandes quantités d'hydrogène pour répondre aux pics et aux creux de la demande d'énergie qui varie quotidiennement ou saisonnièrement.
"Le charbon est bien étudié et nous produisons commercialement du gaz à partir du charbon depuis près d'un demi-siècle", a déclaré M. Liu. "Nous le comprenons. Nous disposons de l'infrastructure nécessaire. Je pense que le charbon serait l'endroit logique pour le stockage géologique de l'hydrogène".
Pour mettre cette idée à l'épreuve, les scientifiques ont analysé huit types de charbon provenant de bassins houillers des États-Unis afin de mieux comprendre leur potentiel de sorption et de diffusion, c'est-à-dire la quantité d'hydrogène qu'ils peuvent contenir.
Les huit charbons ont montré des propriétés de sorption considérables, le charbon bitumineux peu volatil de l'est de la Virginie et le charbon anthraciteux de l'est de la Pennsylvanie ayant obtenu les meilleurs résultats lors des tests, ont rapporté les scientifiques dans la revue Applied Energy.
"Je pense qu'il est tout à fait possible que le charbon soit le meilleur choix pour le stockage géologique d'un point de vue scientifique", a déclaré M. Liu. "Nous constatons que le charbon surpasse les autres formations parce qu'il peut contenir davantage, qu'il dispose d'infrastructures existantes et qu'il est largement disponible dans tout le pays et à proximité des zones peuplées.
Les réservoirs de méthane de houille épuisés pourraient être les meilleurs candidats. Ces filons contiennent du gaz naturel non conventionnel comme le méthane et sont devenus une source importante d'énergie fossile au cours des dernières décennies. Le méthane adhère à la surface du charbon, selon un processus appelé adsorption.
De même, l'injection d'hydrogène dans le charbon entraînerait l'absorption ou l'adhésion de ce gaz au charbon. Ces formations sont souvent recouvertes d'une couche de schiste ou de mudstone qui agit comme un sceau maintenant le méthane, ou dans ce cas l'hydrogène, scellé jusqu'à ce qu'on en ait besoin et qu'il soit pompé à nouveau, ont déclaré les scientifiques.
"Beaucoup de gens définissent le charbon comme une roche, mais il s'agit en fait d'un polymère", a déclaré M. Liu. "Il a une forte teneur en carbone et contient de nombreux petits pores qui peuvent stocker beaucoup plus de gaz. Le charbon est donc comme une éponge qui peut contenir beaucoup plus de molécules d'hydrogène que d'autres matériaux non carbonés.
Les scientifiques ont conçu un équipement spécial pour réaliser les expériences. Le charbon a une affinité plus faible avec l'hydrogène que d'autres gaz absorbants comme le méthane et le dioxyde de carbone, de sorte que l'équipement pressurisé traditionnel pour déterminer la sorption n'aurait pas fonctionné.
"Nous avons réalisé une conception très novatrice et très difficile", a déclaré M. Liu. "Il nous a fallu des années pour comprendre comment procéder correctement. Nous avons dû concevoir correctement un système d'expérimentation, en procédant par essais et erreurs sur la base de notre expérience antérieure avec les charbons et les schistes.
Sur la base de leurs résultats, les scientifiques ont déterminé que les charbons anthraciteux et semi-anthraciteux sont de bons candidats pour le stockage de l'hydrogène dans les veines de charbon épuisées, et que les charbons bitumineux à faible volatilité sont de meilleurs candidats pour les veines de charbon gazeuses.
Le développement du stockage de l'hydrogène dans les communautés minières pourrait apporter de nouvelles opportunités économiques à ces régions tout en contribuant à la création de l'infrastructure nationale de l'hydrogène.
"Dans le cadre de la transition énergétique, ce sont les communautés houillères qui ont été les plus touchées sur le plan économique", a déclaré M. Liu. "Il s'agit certainement d'une occasion de réorienter les régions charbonnières. Elles disposent déjà de l'expertise, de l'ingénieur en énergie et des compétences nécessaires. Si nous pouvons construire une infrastructure et changer leurs opportunités économiques, je pense que c'est quelque chose que nous devrions envisager".
Les travaux futurs se concentreront sur la diffusivité et la perméabilité dynamiques du charbon, caractéristiques qui déterminent la vitesse à laquelle l'hydrogène peut être injecté et repompé, ont indiqué les scientifiques.
"Je pense que l'État de Pennsylvanie est l'endroit idéal pour mener à bien toutes ces recherches : nous disposons de réserves de charbon, de gaz naturel et d'une expertise en ingénierie et en économie au sein de l'université", a déclaré M. Liu. "C'est l'endroit logique pour faire cela.
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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