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Des panneaux solaires produisent de l’hydrogène gazeux

On développe actuellement des panneaux solaires qui, sous l’influence de la lumière du soleil et en utilisant la vapeur d'eau présente dans l’air, produisent directement de l’hydrogène gazeux et non de l'électricité. L’hydrogène gazeux peut être stocké dans un réservoir de stockage (enterré) et être utilisé (ultérieurement) pour la production d'électricité ou de chaleur à des fins diverses : propulsion d'un véhicule électrique ou de moteurs classiques, chauffage ou approvisionnement en électricité d'un bâtiment, applications dans l’industrie chimique...

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Le CSTC, ensemble avec ses partenaires, offre le service "C-Watch" comme un service de support à l'innovation, à partir duquel des idées et produits innovants sont publiés en tant que source d'inspiration dans une première phase dans le processus d'innovation des entreprises de construction. Le service "C-Watch" n'est pas un inventaire des produits ou méthodes qui ont prouvé leur valeur ou qualité, et une publication ne peut, en aucun cas, être considérée comme un jugement de qualité de la part du CSTC ou de ses partenaires, ni des produits ou méthodes dans une phase de développement, ni de ceux qui sont déjà sur le marché.

Différents types de panneaux développés

Plusieurs instances développent déjà ce type de panneaux solaires depuis plusieurs années. Différents concepts ont été appliqués à cet égard. Si le rendement de conversion diffère d'un système à l’autre, il est encore souvent réduit et la quasi-totalité des projets en sont encore au stade du laboratoire ou du prototype.

Le panneau solaire développé récemment par la KU Leuven est constitué d'une cellule solaire mince comportant des membranes permettant de filtrer l'air et d'un panneau d'hydrogène intégrant des catalyseurs qui déclenchent la formation d'hydrogène. L'eau nécessaire est récoltée le long du bord latéral du panneau, la lumière du soleil incidente délivrant la quantité d'énergie nécessaire pour décomposer la vapeur d'eau en hydrogène et en oxygène par électrolyse. L'hydrogène peut ensuite être collecté et stocké en vue d'une utilisation ultérieure.

Un panneau solaire convertit la lumière du soleil et l'humidité de l'air en hydrogène gazeux Source : KU Leuven, Faculteit Bio-Ingenieurswetenschappen, Afdeling Centrum voor Oppervlaktechemie en Katalyse, Prof. Johan Martens, © Tom Bosserez

Ce panneau solaire présenterait une efficacité énergétique de 15 % et produirait, sur base annuelle, une moyenne de quelque 250 litres d'hydrogène gazeux par jour. D'après les développeurs, vingt de ces panneaux, reliés à un réservoir de stockage (enterré) de 4 m³ suffiraient, grâce au stockage de l’hydrogène gazeux excédentaire produit en été et si ces panneaux sont utilisés en complément d’une installation PV classique, pour pouvoir se passer de l’électricité ou du gaz du réseau pendant un an, dans un logement très bien isolé, même en présence d'une faible lumière du soleil en hiver. Une même quantité de panneaux serait suffisante pour circuler une année complète avec une voiture fonctionnant à l’hydrogène (environ 10.000 km/an).

À partir du début de l’année 2019, vingt panneaux d’hydrogène reliés à un réservoir de stockage enterré ont été testés en continu pendant 2 ans dans un logement bien isolé situé à Oud-Heverlee, près de Louvain. L'objectif consiste également à inclure les 39 logements de la rue dans le projet et donc à travailler au niveau du quartier afin de réduire les coûts.

Avantages

Des experts en énergie indiquent qu’à l’horizon 2050, l’hydrogène fera certainement partie des principaux vecteurs d’énergie au monde. C’est principalement le mode de production du gaz qui importe à cet égard. Les panneaux solaires décrits plus haut peuvent le faire uniquement à partir (de vapeur) d'eau  prsente dans l’air et de lumière du soleil. L'hydrogène gazeux peut alors être converti à son tour en électricité et/ou en chaleur servant pour des applications diverses. Le résidu de cette réaction est de l’eau pure, que l’on restitue à l’environnement.

Par ailleurs, l’énergie produite par les panneaux solaires sous forme d’hydrogène gazeux peut aisément être stockée à long terme et sans la moindre perte dans un réservoir de stockage (enterré) maintenu à faible température ou sous pression élevée. Cela nécessite toutefois la présence d’une installation de refroidissement ou d’un compresseur à haute pression.

De plus, il apparaît d'après les développeurs qu'un certain nombre de concepts seraient accessibles financièrement à tous, leur production étant assurée au moyen de matières premières bon marché et fréquentes, sans utilisation de métaux nobles ou d'autres composants onéreux.

Le processus serait également applicable partout, même dans des zones où l’eau n'est disponible qu’en faibles quantités, comme dans les déserts.

Enfin, pour des productions plus élevées, l'hydrogène gazeux pourrait être stocké et transporté efficacement dans l’infrastructure de gaz naturelle existante.

Points d’attention

L’hydrogène gazeux est un gaz très léger et facilement inflammable, qu'il convient donc de traiter avec la plus grande précaution. Un bon dispositif de sécurité contre l'incendie et les explosions semble donc nécessaire. Par ailleurs, le stockage d'hydrogène gazeux sous pression très élevée est très gourmand en énergie. Il semble également difficile d’appliquer efficacement ce dispositif à petite échelle.

D'après un expert néerlandais, les chances de succès de ce type de panneaux solaires sont difficilement estimables. Le rendement de cette production directe d'hydrogène est comparable actuellement à d'autres modes de production d'énergie renouvelable. La production de courant au moyen d'un panneau solaire de haute qualité mais standard (rendement de 20 %) et d'une installation distincte pour l’électrolyse de l’eau (rendement de 75 %) présenterait également, aux yeux de cet expert, un rendement total de 15 %. Ce système de panneaux solaires et d’électrolyse distincts offre selon lui l'avantage supplémentaire que l'on peut, à la lumière des prix du marché, choisir d’injecter le courant produit directement dans le réseau d'électricité ou de le convertir en hydrogène.

Applications apparentées

Les chercheurs américains examinent actuellement la possibilité d'appliquer la technologie des cellules solaires hybrides à d'autres fins, par exemple pour extraire le CO2 de l’air et le convertir en applications chimiques utiles.

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