L'hydrogène est un catalyseur très prometteur de la transition énergétique verte, en particulier dans les secteurs industriels où l'électrification constitue un défi. Anu Pulkkinen, Directrice senior du développement stratégique et commercial chez Vaisala, parle de l'état actuel de l'économie de l'hydrogène et du rôle clé des mesures exactes dans la faisabilité de la transition verte.

L'économie de l'hydrogène repose sur les possibilités offertes par l'hydrogène pour décarboner les secteurs économiques difficiles à électrifier, notamment les transports terrestres, maritimes, aériens et l'industrie lourde. Comme les autres énergies fossiles, l'hydrogène est classé par couleur selon la manière dont il est produit :

• L'hydrogène vert est produit par électrolyse de l'eau en utilisant une électricité renouvelable telle que l'énergie éolienne ou solaire.
• L'hydrogène bleu est produit en divisant le gaz naturel fossile en hydrogène et en CO2, puis en capturant et en stockant ou en utilisant le CO2 produit.
• L'hydrogène gris, la forme la plus couramment produite aujourd'hui, est conçu de la même manière que l'hydrogène bleu, sauf que le CO2 est rejeté dans l'atmosphère au lieu d'être capturé.

L'hydrogène bleu et l'hydrogène vert contribueront à développer l'économie de l'hydrogène. 
 

L'hydrogène est un acteur clé de la transition énergétique mondiale

Grâce à l'évolution des technologies de production et à la découverte de nouvelles applications, l'économie de l'hydrogène fait de grands progrès. L'hydrogène est déjà largement utilisé comme matière première ou combustible dans le raffinage du pétrole et la production d'ammoniac et de méthanol, ainsi que comme agent réducteur dans la production d'acier, des industries dans lesquelles la transition vers un hydrogène plus propre et vert présente un potentiel important de réduction des émissions.

L'hydrogène est également utilisé dans les piles à combustible pour alimenter les moteurs électriques des bus et des camions, ainsi que comme moyen de stockage d'énergie et source d'énergie dans la production d'électricité. En outre, l'hydrogène et les carburants à base d'hydrogène pourraient constituer des solutions à faible émission de carbone pour le transport maritime et l'aviation où la décarbonisation est particulièrement difficile. Pour en savoir plus sur l'avenir des piles à combustible, visualisez ma présentation R&D sur les piles à combustible – Tendances, moteurs et applications.
 

Pourquoi la fiabilité des mesures est-elle importante pour l'économie de l'hydrogène ?

Chez Vaisala, nous adoptons une vision large de la décarbonisation qui englobe l'optimisation des processus, le captage pour utilisation ou stockage du carbone (CCUS), l'électrification ainsi que les nouvelles technologies et les améliorations. La mesure exacte de paramètres tels que l'humidité, le dioxyde de carbone et le méthane est essentielle pour faire progresser l'économie de l'hydrogène et accélérer la transition énergétique verte.

Les instruments Vaisala permettant de mesurer ces paramètres offrent une mesure en ligne stable et en temps réel sans qu'un échantillonnage manuel soit nécessaire. Ils présentent également un temps de réponse rapide et sont très faciles à installer et à entretenir, avec un long intervalle d'étalonnage et sans pièce mobile ou consommable à remplacer.

Les sondes de mesure Vaisala transmettent un signal électrique continu (4 à 20 mA) et un bus de terrain (Modbus) au système d'automatisation d'une usine sans logiciel ou matériel supplémentaire. Tous les instruments Vaisala ont une vaste plage de températures. Nous proposons également des options pour assurer une haute résistance aux intempéries et une certification Ex afin de répondre aux exigences d'une installation dans des environnements explosibles très difficiles. Voici quelques exemples d'utilisation de la technologie Vaisala dans des applications liées à l'hydrogène.
 

Les piles à combustible dépendent d'une mesure fiable de l'humidité

L'hydrogène est utilisé dans différentes applications des piles à combustible où le contrôle de l'humidité est critique en raison de l'échange de protons. Les piles à combustible sont pourvues d'une membrane électrolytique polymère (MEP) qui fait migrer les protons entre l'anode et la cathode. L'humidité des gaz réactifs – hydrogène côté anode et air côté cathode – doit être contrôlée pour préserver l'intégrité de la membrane.

Lorsque l'humidité est maintenue à un niveau optimal, la MEP présente une conductibilité protonique élevée et une faible résistance électrique, mais si elle diminue, la conductibilité chute considérablement, limitant considérablement la puissance de sortie de la cellule. Inversement, une humidité excessive peut provoquer des dommages mécaniques sur la membrane, entraînant une augmentation de la résistance électrique et une réduction de la tension.

La technologie Vaisala soutient le développement des piles à hydrogène depuis leur création au début des années 1990. Les principaux acteurs des secteurs de l'automobile et de la construction navale utilisent la technologie HUMICAP® de Vaisala dans leurs processus de développement de piles à combustible. Les capteurs d'humidité Vaisala sont également très utilisés par le Centre de recherche technique VTT de Finlande dans des projets de recherche liés à l'hydrogène. Les experts du centre VTT font des travaux de recherche sur les technologies de piles à combustible à basse température (MEP) et à haute température (oxyde solide). Les instruments Vaisala sont installés en amont et en aval de la pile à combustible pour surveiller et contrôler l'humidité des gaz de process. Les instruments Vaisala servent également à mesurer les niveaux d'humidité de l'air ambiant lors de la purification et de la production d'hydrogène. 

Découvrez les instruments développés pour les conditions particulièrement humides auxquels la série de webinaires Laboratoire d'étude de l'humidité des piles à combustible est dédiée. Retrouvez-nous sur vaisala.fr/fuelcell.
 

Mesure du CO2 et de l'humidité dans les applications CCUS

Le CCUS jouera un rôle essentiel dans le défi mondial de la neutralité carbone. Dans les secteurs où les émissions de gaz à effet de serre (GES) sont difficiles à réduire, le CCUS pourrait être le seul garant de la décarbonisation. Le CCUS sera également nécessaire dans les industries très énergivores qui dépendent encore des combustibles fossiles.

La mesure continue et en ligne de la concentration de CO2 dans les flux de gaz entrants et sortants permet de surveiller les performances en temps réel et d'optimiser les processus dans les usines où le CO2 est capturé. Une mesure exacte du CO2 et de l'humidité est également critique dans la recherche et le développement de nouvelles technologies de captage, car elle fournit des informations précieuses sur la cinétique et les performances du processus.

Les technologies Vaisala sont appliquées au captage du CO2 à partir d'une source ponctuelle dans l'usine de valorisation énergétique de CopenHill à Amager, au Danemark. L'usine convertit chaque année 560 000 tonnes de déchets en électricité, chaleur et cendres. Son processus de captage du carbone repose sur la sonde multigaz Vaisala MGP261 pour mesurer l'humidité et la concentration de CO2 capturé. Le CO2 capturé peut ensuite être utilisé avec de l'hydrogène pour produire des combustibles et des produits chimiques verts. En savoir plus sur vaisala.fr/CCUS.
 

Mesure du CO2, du méthane et de l'humidité dans les applications SOEC

La co-électrolyse par électrolyse à oxyde solide (SOEC) sert à produire de l'hydrogène et du méthane à partir de CO2, d'eau et d'électricité. Bien que cette technologie soit encore au stade pilote, elle devrait jouer un rôle majeur dans la transition du Japon vers un gaz à 90 % renouvelable d'ici 2050.

Le CO2 utilisé peut être capturé à partir des émissions industrielles, directement dans l'atmosphère ou dans les processus utilisés pour transformer le biogaz en biométhane. Le processus SOEC utilise généralement de l'énergie renouvelable et ne requiert ni métal précieux ni élément rare, ce qui réduit son impact environnemental.

Une mesure exacte du CO2 dans les processus de captage du carbone contribue à maximiser l'efficience du processus SOEC et à minimiser les émissions de GES. Cela devient également de plus en plus important face à des réglementations de plus en plus strictes.

La sonde MGP261 multigaz Vaisala pour le méthane, le dioxyde de carbone et l'humidité est utilisée dans les processus de co-électrolyse SOEC pour mesurer les matières premières (CO2, humidité) et les produits (méthane) en temps réel afin d'améliorer l'efficacité et d'optimiser le processus. En savoir plus sur l'instrument sur vaisala.fr/MGP261.
 

Les mesures industrielles sont au cœur de la transition verte

Les énergies renouvelables et la production d'énergie propre sont au cœur de tout profil de décarbonisation industrielle et de la transition verte. Les technologies et processus innovants qui permettront de réaliser la transition nécessitent des mesures fiables. La technologie Vaisala contribue à accélérer la décarbonisation grâce à des instruments éprouvés qui mesurent l'humidité, le dioxyde de carbone et le méthane en temps réel, avec fiabilité et stabilité. Ensemble, nous pouvons faire avancer l'économie de l'hydrogène et réaliser un véritable changement durable.