Les coûts de l'énergie propre seront égaux ou inférieurs à ceux des combustibles fossiles d'ici 2020, tandis que les sources d'énergie renouvelables répondront à 40 pour cent de la demande mondiale d'énergie d'ici 2040. Mais parce que l'énergie renouvelable dépend du soleil et du vent, il est encore largement peu fiable. Par conséquent, le défi est de développer de nouvelles méthodes de stockage des excédents d'énergie renouvelable de manière à pouvoir les utiliser en cas de besoin.

C'est l'objectif du projet HYFORM-PEMFC porté par le Groupe GRT, une entreprise tournée vers la transition énergétique avec des solutions de développement de stockage d'énergie, et le groupe de recherche du professeur Gabor Laurenczy à l'EPFL, qui ont développé un nouveau, dispositif intégré de pile à combustible acide formique-hydrogène.

Le dispositif HYFORM-PEMFC utilise de l'acide formique pour stocker l'hydrogène, et a des applications domestiques et industrielles. Par rapport aux appareils qui n'utilisent que de l'hydrogène, l'HYFORM-PEMFC a été conçu pour assurer des bénéfices substantiels en termes de taille (1 litre d'acide formique transporte 590 litres d'hydrogène), facilité de transport, sécurité, et réduire les coûts d'exploitation tout en étant respectueux de l'environnement.

Les utilisateurs potentiels de l'HYFORM-PEMFC incluent ceux dans les zones avec un accès limité ou inexistant au réseau électrique, et ceux qui développent des systèmes de transport d'hydrogène. L'unité peut alimenter un chalet d'alpage en chauffage et en électricité facilement et avec un ravitaillement respectueux de l'environnement. La technologie peut également être mise à l'échelle pour répondre aux besoins en énergie de paramètres plus importants, comme les installations industrielles.

« Il s'agit d'une étape importante dans notre plan stratégique pour le développement d'applications de stockage d'énergie, " déclare Luca Dal Fabbro, PDG du Groupe GRT. " Le Groupe GRT souhaite accompagner la transition vers un approvisionnement en énergie entièrement renouvelable, et relever ainsi le défi mondial de la réduction des émissions de CO2.

La prochaine étape pour GRT Group est de développer un système intégré de stockage d'énergie renouvelable, par exemple. électricité solaire excédentaire produite pendant l'été, qui peut ensuite être utilisé pour produire de l'électricité et de la chaleur à la demande en hiver, rendant ainsi les bâtiments énergétiquement autonomes. Ce projet démontrera les avantages économiques du concept et son potentiel réel dans un système intégré de stockage d'énergie.

L'hydrogène est l'un des vecteurs énergétiques les plus prometteurs parmi les solutions de stockage d'énergie renouvelable. L'utilisation de l'hydrogène pour produire de la chaleur ou de l'électricité ne produit aucune émission de carbone ou de particules, ce qui signifie qu'il n'a pas d'impact environnemental négatif. Le problème est que l'hydrogène a un contenu énergétique volumique très faible. Cela le rend très difficile à stocker et à transporter sous sa forme naturelle (gaz), ou nécessitant des pressions très élevées, températures très basses, et des infrastructures coûteuses, tout cela se traduit par des problèmes de sécurité et de coût.

La solution alternative consiste à utiliser un porteur d'hydrogène tel que l'acide formique, qui est la combinaison la plus simple d'hydrogène et de CO2. L'acide formique est liquide dans des conditions normales, facile à ranger, transport, et poignée, et est produit à partir de sources durables dans des centaines de milliers de tonnes dans le monde :il est déjà largement utilisé dans l'agriculture et l'industrie.

Le défi, alors, récupère l'hydrogène stocké de l'acide formique de manière économe en énergie. C'est là qu'interviennent les catalyseurs. Ce sont des composés qui facilitent l'extraction de l'hydrogène de l'acide formique pour qu'il puisse ensuite être converti en électricité grâce à une pile à combustible.

L'appareil se compose de deux parties principales, un reformeur d'hydrogène (HYFORM) et une pile à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC). Le reformeur HYFORM utilise un catalyseur à base de ruthénium pour extraire l'hydrogène, bien que les scientifiques développent actuellement des catalyseurs basés sur des matériaux encore moins chers.

L'unité HYFORM-PEMFC peut produire 7000 kWh par an, et sa puissance nominale est de 800 watts, soit à peu près l'équivalent de 200 smartphones rechargés simultanément. Son efficacité électrique atteint actuellement 45 %. Tant que l'acide formique utilisé est produit de manière durable, la pile à combustible est totalement respectueuse de l'environnement et permet le stockage à long terme d'énergie renouvelable. C'est calme, émet du gaz propre, a un bilan de dioxyde de carbone nul, et ne produit ni particules ni oxydes d'azote.

À la fois, l'HYFORM-PEMFC nécessite peu d'entretien, ne nécessitant aucun traitement au soufre, et présente des performances de catalyseur stables et à long terme. Sa technologie est évolutive, il peut donc être utilisé à la fois dans les ménages et dans les environnements industriels. Comme il n'a besoin d'être alimenté qu'avec de l'acide formique, le système ne nécessite pas de connexion aux réseaux électriques, ce qui le rend idéal pour les zones éloignées ou inaccessibles.

"La transformation chimique du CO2, un gaz à effet de serre, en produits utiles devient de plus en plus important à mesure que les niveaux de son atmosphère continuent d'augmenter en raison de l'activité humaine, " dit Gabor Laurenczy. " Pour cette raison, produire de l'acide formique de manière durable - en utilisant le CO2 comme vecteur hydrogène-énergie - est très important. La demande mondiale d'acide formique augmente, notamment dans le cadre des énergies renouvelables. transporteurs d'hydrogène, et leur production à partir de CO2, soit par hydrogénation, soit à partir de biodéchets ou de biomasse, sont considérablement plus durables que les itinéraires existants."