Hydrogène vert : technologie d’avenir pour une production d’énergie durable !

Hydrogène vert : technologie d’avenir pour une production d’énergie durable !

Dans le cadre d'une démarche innovante visant à promouvoir les sources d'énergie durables, le laboratoire ESC de l'université technique de Brandebourg Cottbus-Senftenberg a réalisé des progrès révolutionnaires dans la synthèse du méthane. Les réacteurs convertissent l'hydrogène vert et le dioxyde de carbone (CO₂) issus des processus industriels en méthane synthétique, une source d'énergie neutre en carbone et à haut pouvoir calorifique. Cette technologie pourrait contribuer de manière significative à la réduction des émissions de gaz à effet de serre.

Les réacteurs de synthèse de méthane fonctionnent à des températures de 300 à 350°C et dans une plage de pression de 1 à 10 bars. Des catalyseurs Ni/Al₂O₃ sont utilisés. Afin d'optimiser davantage les réacteurs, des modèles de simulation unidimensionnels sont utilisés, dont les longs temps de calcul fournissent des informations précieuses sur le processus. Le laboratoire ESC développe un métamodèle qui prédit les influences de la pression et de la dilution sur la synthèse du méthane. Ce modèle est destiné à être intégré aux applications Power-to-X et aux jumeaux numériques, ce qui pourrait augmenter considérablement l'efficacité des processus.

Développement d'un métamodèle

Pour entraîner le métamodèle, des ensembles de données sont générés à partir de 5 000 simulations du modèle de réacteur. Les paramètres variables comprennent la composition de l'entrée de gaz, la température, la pression, le débit, la longueur du réacteur et la progression de la réaction. Pour développer les modèles de prédiction, les scientifiques utilisent un polynôme du 6ème ordre, un réseau neuronal à action directe et des processus gaussiens. L’objectif est clair : créer un modèle de prédiction rapide, basé sur les données, pour optimiser les processus Power-to-X et les jumeaux numériques.

Plus de 220 000 points de simulation ont été créés pour un ensemble de données de formation robuste, permettant une modélisation précise. Le réseau neuronal fournit les meilleures prédictions de la température du réacteur sur toute la longueur du réacteur. Il montre également de bons résultats dans la cartographie de l’effet de la pression et de la dilution sur la teneur en méthane. Les processus gaussiens s’avèrent particulièrement efficaces pour prédire l’hydrogène. Des scientifiques tels que Tim Franken, Monang Vadivala, Saurabh Sharma, Tobias Gloesslein et Fabian Mauß jouent un rôle crucial dans ce projet de recherche.

Intégration dans les technologies Power-to-X

L'application des technologies développées dans le stockage et la conversion de l'énergie devient de plus en plus importante. Dans le cadre du couplage sectoriel, l'énergie excédentaire provenant de l'énergie éolienne et des systèmes photovoltaïques est convertie en sources d'énergie précieuses. Une équipe de recherche travaillant dans le projet Power-to-Méthanol dirigé par Dechema, basé à Francfort, étudie la conversion de l'hydrogène et du CO₂ en méthanol à l'aide d'usines de biogaz. Cette méthode pourrait améliorer considérablement la flexibilité du secteur de l’électricité.

Le projet a développé deux concepts d'usines permettant de produire du méthanol vert à partir d'électricité verte. Les développements techniques et la planification d'emplacements réels d'usines ont été pris en compte. Les défis résident notamment dans les conditions spécifiques au site, et la fourniture d’électricité verte ou d’hydrogène revêt une importance capitale. La synthèse du méthanol vert avec le CO₂ vert, produit lors de la production de bioéthanol, est particulièrement prometteuse.

Dans un résumé positif, l'équipe du projet et les partenaires recommandent de développer davantage le cadre réglementaire pour la production de méthanol vert à partir d'électricité verte et de CO₂ vert. Une combinaison de recherche fondamentale, d’ingénierie pratique d’usine et d’analyse économique s’est avérée essentielle pour faire progresser la mise en œuvre de ces technologies innovantes.

Les résultats de ces recherches ont été récemment présentés lors de la 2ème Assemblée Générale de COST Action CYPHER à Cracovie en mai 2025, qui a été l'occasion de mettre en avant les dernières avancées en matière de synthèse du méthane et des technologies associées. La vision centrale et ambitieuse est claire : la transformation du secteur énergétique grâce à des technologies innovantes Power-to-X pour un avenir durable. De plus amples informations peuvent être trouvées sur le site Web Université technique de Brandebourg, le Alliance PTX et ça Projet de conversion d'électricité en méthanol.