La recherche suisse sur l’hydrogène avance vite, mais son déploiement bute surtout sur des freins politiques. C’est le message du dernier Rendez-Vous de l’Hydrogène, organisé par le Réseau Hydrogène Suisse Romande chez Innovaud, à Lausanne.
La soirée était consacrée à la recherche et à l’innovation suisses : production d’hydrogène et d’autres gaz renouvelables, usages pour la mobilité et solutions de stockage. Après une brève introduction par le Dr David Hart (Lead H2 à la Fondation Nomads), qui a rappelé que des opportunités de développer des projets concrets émergent globalement mais aussi localement, quatre intervenants, issus du monde académique et industriel, ont présenté leurs travaux.
Électrolyse à haute température : un meilleur rendement
Le Pr Markus Friedl, de l’Ostschweizer Hochschule (OST), a présenté les travaux de son équipe et de ses partenaires académiques sur l’électrolyse à haute température (SOEC).
L’électrolyse classique produit de l’hydrogène en décomposant l’eau à basse température grâce à l’électricité. Menée à haute température, elle offre des bénéfices notables par rapport à l’électrolyse classique, en particulier un meilleur rendement. Ce dernier se situe autour de 70% de l’électricité entrante transformée en hydrogène pour l’électrolyse classique (PEM), le reste étant évacué sous forme de chaleur. Pour l’électrolyse à haute température, le rendement se situe autours de 90%. De plus cette technologie permet de produire du gaz synthétique par co-électrolyse.
Le principal frein reste le coût d’investissement, encore élevé. Mais le passage à l’échelle industrielle devrait permettre de le réduire fortement.
Stocker le soleil de l’été pour l’hiver
Pour le Dr Jan Van Herle (EPFL), l’électrolyse à haute température répond aussi au défi du stockage saisonnier. Elle permet de valoriser les excédents d’électricité photovoltaïque produits en été. Sur l’année, la production PV est excédentaire de 3.2 TWh en Suisse, avec une tendance à la hausse dans les années à venir, due notamment à la mise hors service progressive du parc nucléaire et la montée en puissance du PV.
Ces excédents peuvent être convertis en méthane (CH4), produit directement en combinant de la vapeur d’eau et du CO2 : c’est la méthanation. Ce « e-méthane » décarboné requiert 17 fois moins de place pour être stocké que de l’hydrogène, un atout décisif lorsqu’on considère l’espace disponible nécessaire (aucun site de stockage souterrain n’est identifié à ce jour en Suisse). En comparaison, un stockage équivalent reposant sur des batteries nécessiterait des quantités très élevées de lithium et n’est donc pas faisable techniquement.
Le CH4 ainsi stocké peut ensuite être utilisé de plusieurs façons :
- reconverti en électricité en hiver ;
- injecté dans le réseau de gaz pour se substituer au gaz naturel fossile et alimenter des véhicules à gaz ou des foyers (chauffage);
- brûlé pour fournir de la chaleur industrielle.
Dans l’optique d’une reconversion du CH4 en électricité via une pile à combustible, les essais à petite échelle (5kW) offrent un rendement total d’environ 50%. L’objectif est d’atteindre 70% à grande échelle.
L’hydrogène aussi dans le moteur à combustion
La pile à combustible reste l’usage le plus répandu de l’hydrogène. Mais celui-ci peut aussi alimenter un moteur à combustion. C’est l’axe de recherche du Pr Christian Nellen, de la Haute école d’ingénierie et d’architecture de Fribourg (HEIA-FR).
Son équipe développe un moteur à hydrogène (cylindrée de 13L) qui peut équiper un camion diesel grâce à un retrofit. Cette technologie présente plusieurs bénéfices :
- Sa courbe de rendement est proche de celui d’un moteur diesel car contrairement à la pile à combustible, son pic d’efficacité « Well to Wheel » se situe autours de 80% de charge.
- Le coût total (TCO) d’un véhicule à combustion est significativement plus faible que celui d’un véhicule équipé d’une pile à combustible (environ 700kCHF vs 1.3MCHF);
- Un moteur à combustion peut fonctionner avec un hydrogène de pureté inférieure à ce que nécessite une pile à combustible et peut également recevoir un mélange H2 / méthane ;
- Le retrofit est une option intéressante pour éviter l’obsolescence précoce de camions en état de rouler mais qui ne répondent plus aux normes anti-pollution. Les émissions d’un moteur H2 bien réglé sont inférieures au seuil de la norme Euro 7.
La combustion de l’hydrogène peut émettre des NOx (oxydes de l’azote). Même si l’amélioration du rendement du moteur permet de réduire ces émissions, un système de filtre post-combustion peut facilement être couplé au système.
L’obstacle principal à l’essor du moteur à combustion reste le coût de l’hydrogène renouvelable.
Symbio : la donnée au service de la pile à combustible
Représentée par le Dr Benjamin Decoopman, la société Symbio a été pionnière en Suisse dans le développement de piles à combustible pour véhicules légers via son site de Givisiez (FR),. Elle équipe désormais aussi des utilitaires et des poids lourds, en coopération avec des constructeurs ou via le retrofit. Une flotte de bus et autres utilitaires équipés de la pile Symbio circulent à travers la région Auvergne Rhone-Alpes, parcourant chacun environ 400km/jour sur des topographies variables.
En partenariat avec Stellantis, Symbio a équipé 200 véhicules de transport pendant les JO 2024 de Paris.
Symbio mise également sur la collecte de données. Ses systèmes suivent en direct les performances des véhicules, ce qui permet de :
- détecter les anomalies en amont ;
- organiser une maintenance préventive ;
- réduire le coût total de possession (TCO).
Sur les chaînes d’assemblage, ces données ont aussi permis d’identifier très tôt des pistes d’amélioration des procédés, notamment suite à la découverte de l’encrassement au carbone d’un filtre dû à des pertes au niveau des électrodes.
Des freins plus politiques que techniques
La soirée s’est conclue par une discussion dynamique. Elle a confirmé la pertinence de l’hydrogène et des autres gaz renouvelables dans plusieurs cas d’usage, et passé en revue les avantages, les inconvénients et les perspectives de chaque technologie.
Sur le déploiement commercial, les intervenants ont été unanimes : les obstacles sont moins techniques que politiques. Trois freins ont été mis en lumière :
- le manque d’investissement, bien que les ressources financières nécessaires soient largement inférieures aux profits générés par les énergies fossiles ;
- certains biais de perception concernant les bénéfices de l’hydrogène face à la batterie pour certains usages ;
- Le prix de marché de l’hydrogène renouvelable. Celui ne reflète pas nécessairement le coût de production réel mais reste un handicap considérable pour la compétitivité de la filière. A moins de 10CHF/kg, il est convenu que l’hydrogène renouvelable pourrait être compétitif.
L’amélioration technologique peut amener des leviers de réduction des coûts, notamment grâce à la durée de vie, l’efficacité et le design de fabrication. Ces points doivent faire l’objet d’une certification afin de garantir une certaine stabilité dans les chaines de production.
Par ailleurs, les piles à combustible peuvent répondre à des besoins nouveaux tels que l’alimentation des data centers pour répondre au boom de l’IA. Enfin, les intervenants tombent d’accord sur la nécessité de collaborer et la complémentarité des solutions technologiques et des usages, suivant le contexte précis.
Des solutions prêtes, un cadre à construire
Ce Rendez-Vous l’a montré : de la production d’hydrogène à son usage dans les véhicules, la recherche et l’industrie suisses disposent de solutions concrètes. L’enjeu est désormais de réunir les conditions politiques et financières de leur déploiement, d’abord à petite échelle, puis au niveau commercial.
Le Réseau Hydrogène Suisse Romande remercie chaleureusement Innovaud, et tout particulièrement Jean-Michel Stauffer, pour son accueil.
