Bronkhorst
Note d'application

Stockage de l'hydrogène dans un hydrures métalliques

Les camions, les bus ou les voitures à hydrogène sont très proches des voitures « électriques » à batterie que nous voyons de plus en plus régulièrement. Les véhicules à hydrogène sont également des véhicules électriques, mais la manière de les alimenter est quelque peu différente : l’hydrogène et l’oxygène réagissent dans une pile à combustible pour produire de l’électricité qui alimente un moteur électrique. Alors que les véhicules à batterie tirent leur énergie de batteries lithium-ion préchargées, l’hydrogène des véhicules à hydrogène est aujourd’hui généralement stocké dans des réservoirs pressurisés embarqués. 

Pour profiter d’une densité énergétique maximale, l’hydrogène stocké doit être comprimé à des pressions pouvant atteindre 700 bars afin d’être maintenu dans le volume limité du réservoir et ce sur un trajet de plusieurs centaines de kilomètres. Ces réservoirs doivent être suffisamment solides pour résister à cette pression élevée et doivent également être étanches à l’hydrogène pour éviter d’éventuelles fuites. Cependant, pour contourner les problèmes de sécurité liés à cette pression extrême et pour éviter de gaspiller de l’énergie en comprimant l’hydrogène à cette pression, l'on recherche des alternatives à ces réservoirs.

Stockage de l'hydrogène dans un hydrure métallique

Le DLR, le centre aérospatial allemand de Stuttgart, étudie de nouvelles façons de stocker l’hydrogène pour l’utiliser dans des piles à combustible ou dans des véhicules. Pour le stockage d’hydrogène dans des réservoirs d’hydrures métalliques, le DLR a demandé au distributeur allemand de Bronkhorst, Wagner Mess- und Regeltechnik, d’apporter une solution permettant l’approvisionnement contrôlé d’hydrogène gazeux dans le réservoir, et de mesurer l’hydrogène gazeux libéré du réservoir. 


Exigences de l'application

Dans les réservoirs d’hydrures métalliques, l’hydrogène peut être stocké grâce à des réactions chimiques réversibles entre un alliage métallique et l’hydrogène gazeux. Les hydrures métalliques solides agissent comme une éponge qui absorbe et libère l’hydrogène. Pour déterminer dans quelles conditions le chargement/déchargement de l’hydrogène fonctionne le mieux, les débits d’hydrogène et la pression doivent être mesurés et régulés avec précision. En outre, s’agissant de R&D, les points de consigne et les valeurs mesurées doivent être enregistrés correctement à des fins d’analyse. 

Caractéristiques importantes

  • Régulation du débit et de la pression
  • Reproductibilité
  • Méthode sûre pour stocker l’hydrogène
  • Application à une pression relativement basse par rapport au stockage traditionnel
     


Solution adoptée

La solution de Bronkhorst consiste en un ensemble d’instruments de débit à l’entrée et à la sortie du réservoir d’hydrures métalliques. Pour introduire l’hydrogène dans l’hydrures métalliques, on utilise des instruments de la série de débitmètres IN-FLOW en combinaison avec des vannes Vary-P. La pression dans le réservoir d’hydrures métalliques est ajustée à une certaine pression pour étudier la réaction de stockage. 

À cet effet, des régulateurs de pression de la série IN-PRESS sont placés à l’entrée et à la sortie du réservoir d’hydrures métalliques et connectés à des vannes Vary-P. La vanne parallèle du côté de la sortie est une vanne à bille, qui sert à revenir à la pression atmosphérique. 

Le protocole PROFIBUS-DP assure la communication entre les appareils Bronkhorst et la partie commande du montage, pour fixer les points de consigne et pour lire les paramètres mesurés en vue d’une analyse ultérieure. L’ensemble du montage peut être proposé pour une utilisation en ATEX zone 2.

Schéma fluidique - stockage de l'hydrogène dans un hydrure métallique
Schéma fluidique

L’objectif de l’expérience est de réduire la pression et de rendre ainsi la manipulation de l’hydrogène beaucoup plus sûre. Dans cette application, des pressions allant jusqu’à 100 bars sont généralement exercées, mais une pression de fonctionnement de 30 bars est typique pour ce réservoir d’hydrures métalliques. Le stockage de l’hydrogène est un procédé exothermique au cours duquel la chaleur produite doit être dissipée. D’autre part, la réaction de libération est endothermique, ce qui signifie que l’hydrogène n’est libéré que lorsqu’il y a suffisamment de chaleur. Intrinsèquement l’hydrogène est inclus de manière sûre et en totalité dans le composé d’hydrures métalliques.

Dans ce cadre expérimental, la variable de référence est généralement la pression. Du côté de l’entrée du réservoir d’hydrures métalliques, le régulateur de pression et le régulateur de débit massique fonctionnent ensemble comme un régulateur de débit-pression. Lors de l’introduction de l’hydrogène, les vannes du côté de la sortie sont fermées et le stockage de l’hydrogène commence. Lors de la libération de l’hydrogène, le côté entrée est fermé et les vannes du côté sortie sont ouvertes. L’expérience complète comporte plusieurs étapes : on introduit d’abord l’hydrogène, puis on vérifie quelle quantité peut être chargée dans certaines conditions, quelle est la stabilité de l’hydrogène introduit dans l’hydrures métalliques et comment cette opération peut être reproduite. Lors de la libération de l’hydrogène, on étudie la quantité d’hydrogène qui peut être éliminée dans certaines conditions.

Là encore, la stabilité et la reproductibilité sont essentielles. 

Demandez-nous conseil Les applications de l'hydrogène

Hydrogen storage in metal hydride using flow meters
Source: DLR Stuttgart - Institut für Technische Thermodynamik


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