Danemark : une usine de production d’hydrogène par pyrolyse catalytique du biogaz

La première usine danoise de production d’hydrogène par pyrolyse catalytique du biogaz sera prête dans trois ans. Cette technologie permet de convertir le carbone – capturé par photosynthèse – en une forme solide et de produire simultanément de l’hydrogène de manière très efficace sur le plan énergétique.

Le piégeage et le stockage du carbone sont nécessaires pour que le monde ait la moindre chance d’atteindre l’objectif de 1,5° C fixé par l’accord de Paris. Et puisque les plantes sont déjà très douées pour capter le CO2 de l’atmosphère, pourquoi ne pas les utiliser à notre avantage ?

C’est l’un des principaux piliers d’un nouveau projet de recherche de l’université d’Aarhus, qui verra le développement du premier réacteur danois permettant de produire de l’hydrogène à partir de biogaz par pyrolyse catalytique. Dans le processus de pyrolyse, une température élevée est appliquée pour diviser le méthane du gaz naturel, ou du biogaz renouvelable, en hydrogène et en carbone.

Le projet est financé par l’Independent Research Fund Denmark.

« Ce dont nous avons besoin aujourd’hui, ce ne sont pas seulement des technologies à zéro carbone. Nous avons également besoin de technologies de séquestration du carbone avec des émissions nettes négatives de carbone. Ce que nous proposons avec ce projet, c’est d’adapter et d’optimiser la technologie existante de l’hydrogène dite « turquoise » pour le biogaz au lieu du gaz naturel. Le résultat sera une véritable technologie à émissions de carbone négatives, bien adaptée au rôle de leader du Danemark en tant que nation du biogaz« , explique le professeur associé Patrick Biller du département de génie biologique et chimique, qui dirige le projet.

Environ 3 % des émissions mondiales de carbone proviennent de la production d’hydrogène gris, qui est produit à partir de gaz naturel. L’alternative générale est l’hydrogène vert, qui consiste à séparer l’eau en hydrogène et en oxygène par électrolyse.

Cependant, la production d’hydrogène vert est au mieux neutre en carbone si l’on utilise de l’électricité renouvelable, mais jamais négative en carbone. Il faut de grandes quantités d’énergie pour fractionner l’eau et si l’on n’utilise pas d’énergie renouvelable, la production émet du CO2.

Actuellement, 95 % de la production mondiale d’hydrogène provient du processus de reformage du méthane à la vapeur (SMR), dans lequel le gaz naturel est converti en hydrogène et en CO2. L’hydrogène turquoise est de plus en plus étudié comme une alternative ; il implique également la production d’hydrogène à partir de gaz naturel, mais une pyrolyse est appliquée pour convertir le carbone en forme solide. L’hydrogène turquoise normal est neutre en carbone, car le carbone provient du gaz naturel et donc de ressources fossiles, mais il n’est pas émis dans l’atmosphère.

Patrick Biller propose de concevoir et de développer une technologie qui produit de l’hydrogène turquoise à partir de biogaz.

« Les plantes effectuent chaque jour la capture du carbone par la photosynthèse, et elles le font d’ailleurs très bien. Le biogaz provient d’une matière végétale qui a absorbé le CO2 de l’atmosphère de cette manière. Cela signifie que dans la pyrolyse du biogaz, le carbone provenant de l’atmosphère est converti sous forme solide ; une poudre noire qui est du carbone pur, et qui peut être soit déposée, soit utilisée dans l’industrie pour d’autres produits de grande valeur« , dit-il et poursuit :

« Cela signifie qu’il n’y a pas d’émissions de carbone, mais au contraire une contribution négative nette à l’atmosphère.« 

Grâce à la subvention de l’Independent Research Fund Denmark, l’équipe de recherche vise maintenant à concevoir et à développer un système capable de gérer le processus. Ce n’est pas une mince affaire, même si l’objectif est d’adapter la technologie existante de l’hydrogène turquoise.

« Il y a une grande différence entre le gaz naturel et le biogaz, par exemple il y a beaucoup d’impuretés très différentes dans le biogaz à prendre en compte. En même temps, la pyrolyse du méthane nécessite des températures élevées, de l’ordre de 1200 degrés Celsius. Nous voulons éviter cela, et nous allons donc essayer de trouver des catalyseurs métalliques qui peuvent réduire de manière significative la quantité d’énergie nécessaire pour initier la réaction. Nous espérons être en mesure de faire fonctionner la réaction à des températures d’environ 500 à 600 degrés« , explique Patrick Biller.

Le système fini devrait être capable de produire de l’hydrogène en utilisant environ un cinquième de l’énergie utilisée dans la production d’hydrogène vert. Cette méthode présente également l’avantage de fixer le carbone provenant de l’atmosphère. Le système sera testé et exploité au centre de recherche de l’université d’Aarhus à Foulum, AU Viborg.

« Le Danemark possède un secteur du biogaz de premier plan au niveau mondial. Nous faisons de grandes choses dans le domaine du Power-2-X et de l’hydrogène, et nous avons un système énergétique avec de grandes quantités d’énergie renouvelable. L’hydrogène turquoise issu du biogaz s’intègre parfaitement dans ce mélange, et je vois de grandes perspectives pour le Danemark dans ce domaine à l’avenir« , conclut le professeur associé.

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