Projet ARPA-E, à la recherche de l’hydrogène géologique

L’hydrogène géologique, une ressource naturelle encore peu exploitée, pourrait jouer un rôle clé dans la transition énergétique mondiale. Une équipe de chercheurs US, soutenue par une subvention de 1,1 million de dollars de l’Agence des projets de recherche avancée – Énergie (ARPA-E) du Département de l’Énergie des États-Unis, se penche sur cette source d’énergie.

Le projet, dirigé par Shimin Liu, titulaire de la chaire George H., Jr. et Anne B. Deike en ingénierie minière et professeur d’ingénierie énergétique et minérale à Penn State, vise à explorer et potentiellement extraire l’hydrogène géologique des réservoirs souterrains. Cette recherche permettrait de développer des méthodes de production d’hydrogène à faibles coûts et faibles émissions, contribuant ainsi à l’indépendance énergétique et à la durabilité.

Selon le Département de l’Énergie des États-Unis, l’ingénierie de la production d’hydrogène souterrain pourrait fournir des ressources substantielles pour une énergie propre et aider à la décarbonation des industries les plus énergivores.

Hydrogène Géologique

L’hydrogène, l’élément le plus abondant de l’univers, se trouve généralement sous forme de composés. Son extraction à partir de sources telles que l’eau, les combustibles fossiles et la biomasse nécessite de l’énergie et peut libérer du dioxyde de carbone. L’hydrogène géologique, généré par des interactions eau-roche dans les profondeurs de la Terre, est une forme pure d’hydrogène produite sans stimulation active.

Les chercheurs expliquent que l’hydrogène peut être classé par couleur, en fonction des émissions de carbone associées à son processus de production. L’hydrogène extrait des sources souterraines est connu sous le nom d’hydrogène blanc ou orange. L’hydrogène blanc est produit par une méthode d’extraction passive, tandis que l’hydrogène orange est obtenu par une extraction active utilisant la stimulation souterraine et la gestion des réservoirs.

Technologie Innovante

Le projet de Penn State se distingue par son approche innovante. Les chercheurs prévoient d’utiliser une technologie de fracturation dynamique par gaz inerte pour injecter du dioxyde de carbone dans une formation de péridotite, augmentant ainsi sa perméabilité et sa surface réactive. Ensuite, ils stimuleront la formation avec une solution riche en carbone pour induire et maintenir la serpentinisation, un processus chimique libérant de l’hydrogène.

Derek Elsworth, co-chercheur principal, souligne les défis de cette approche : «Les défis consisteront à créer une surface réactive à la bonne profondeur, avec les bons réactifs, pour avoir les bonnes réactions, et ensuite récupérer un rendement élevé d’hydrogène de manière écologique.»

Étapes du Projet

Au cours des deux prochaines années, l’équipe développera sa technologie en plusieurs étapes. La première étape consiste à identifier les sites de réservoirs potentiels en cataloguant les emplacements riches en péridotite aux États-Unis, notamment en Californie et près du Rift du Midcontinent.

Ang Liu, co-chercheur principal, explique que l’identification de l’emplacement idéal du réservoir est une évaluation complexe : «Nous prendrons en compte les impacts environnementaux et de sécurité, ainsi que la proximité des clients potentiels et des infrastructures nécessaires.»

Les chercheurs effectueront des tests supplémentaires et utiliseront des modèles pour caractériser la microsismicité, les changements de perméabilité et la propagation des fractures dans les échantillons de carottes avant de passer à des expériences à l’échelle pilote dans une mine locale.

Analyse Technico-Économique

La dernière étape consistera en une analyse technico-économique calculant tous les coûts projetés pour une opération à grande échelle et évaluant la faisabilité de la commercialisation de la technologie. Selon les chercheurs, l’objectif est de fournir autant de données fondamentales que possible pour les modèles analytiques afin de créer un cadre pour la gestion durable des réservoirs à l’échelle du terrain.

Doug Wicks, directeur de programme à l’ARPA-E, exprime son enthousiasme : «Utiliser le dioxyde de carbone pour livrer des réactifs et concevoir le sous-sol pour la récupération de l’hydrogène est une perspective passionnante, potentiellement transformant notre compréhension de cette ressource énergétique critique.»

Légende illustration : L’olivine est le minéral le plus courant dans le manteau supérieur de la Terre. Lorsque l’olivine réagit à l’eau, de l’hydrogène est libéré en tant que sous-produit des réactions chimiques dans le cadre d’un processus appelé serpentinisation. Crédit : Smithsonian National Museum of Natural History.