Hydrogène liquide : la clé pour stabiliser le réseau électrique californien ?

La Californie, en pleine transition vers les énergies renouvelables, se heurte à un défi majeur : le stockage de l’énergie pour le réseau électrique. Les fluctuations de la production solaire et éolienne nécessitent des solutions innovantes pour garantir une alimentation stable. Une équipe de chercheurs de Stanford explore une technologie émergente pour répondre à ce besoin crucial.

La production d’énergie solaire diminue la nuit et en hiver, tandis que l’énergie éolienne varie constamment. En conséquence, la Californie dépend fortement du gaz naturel pour équilibrer les variations de l’énergie renouvelable.

Robert Waymouth, professeur de chimie à Stanford, explique : « Le réseau électrique utilise l’énergie au même rythme qu’elle est générée, et si vous ne l’utilisez pas à ce moment-là, et que vous ne pouvez pas la stocker, vous devez la gaspiller. »

Une nouvelle stratégie de stockage : les LOHCs

Le Pr. Waymouth dirige une équipe de Stanford pour explorer les transporteurs d’hydrogène organiques liquides (LOHCs) comme solution de stockage d’énergie renouvelable. L’hydrogène, déjà utilisé comme carburant ou pour générer de l’électricité, pose des défis en termes de stockage et de transport.

« Nous développons une nouvelle stratégie pour convertir et stocker sélectivement l’énergie électrique dans des carburants liquides », précise Robert Waymouth. Une découverte clé de l’équipe est un système catalytique novateur permettant de stocker l’énergie électrique dans un carburant liquide sans produire d’hydrogène gazeux.

Les batteries liquides : une autre alternative

Les batteries actuelles, qu’elles soient pour le réseau électrique, les smartphones ou les véhicules électriques, utilisent des technologies lithium-ion. Cependant, la recherche de systèmes complémentaires se poursuit. Les LOHCs, capables de stocker et de libérer de l’hydrogène grâce à des catalyseurs et des températures élevées, pourraient un jour fonctionner comme des « batteries liquides », stockant l’énergie et la restituant efficacement sous forme de carburant ou d’électricité.

L’équipe de Waymouth étudie l’isopropanol et l’acétone pour le stockage et la libération d’énergie hydrogène. L’isopropanol, une forme liquide à haute densité d’hydrogène, pourrait être stocké ou transporté via les infrastructures existantes jusqu’à son utilisation comme carburant ou pour libérer l’hydrogène sans émettre de dioxyde de carbone. Cependant, les méthodes actuelles de production d’isopropanol avec de l’électricité sont inefficaces.

Daniel Marron, auteur principal de l’étude, a développé un système catalytique combinant protons et électrons avec de l’acétone pour générer de l’isopropanol sans produire d’hydrogène gazeux.

Le rôle surprenant du cobaltocène

Une découverte inattendue a été l’efficacité du cobaltocène, un composé chimique de cobalt, utilisé comme co-catalyseur. Contrairement aux attentes, le cobaltocène livre directement protons et électrons au catalyseur d’iridium sans libérer d’hydrogène gazeux. Cette efficacité pourrait aider à développer d’autres catalyseurs pour ce processus, rendant les systèmes LOHC plus abordables et évolutifs.

Le cobalt, déjà couramment utilisé dans les batteries, est en forte demande. L’équipe de Stanford espère que la compréhension des propriétés du cobaltocène aidera à développer des catalyseurs à base de métaux plus abondants, comme le fer. « C’est de la science fondamentale, mais nous pensons avoir une nouvelle stratégie pour stocker plus sélectivement l’énergie électrique dans des carburants liquides », affirme le Pr. Waymouth.

À mesure que ce travail progresse, l’espoir est que les systèmes LOHC améliorent le stockage d’énergie pour les secteurs industriels et énergétiques, ou pour des fermes solaires ou éoliennes individuelles.

Robert Waymouth résume élégamment le processus : « Lorsque vous avez un excès d’énergie et qu’il n’y a pas de demande sur le réseau, vous la stockez sous forme d’isopropanol. Lorsque vous avez besoin de l’énergie, vous pouvez la restituer sous forme d’électricité. »

Article : « Cobaltocene-Mediated Catalytic Hydride Transfer: Strategies for Electrocatalytic Hydrogenation » – DOI: 10.1021/jacs.4c02177