Epatoys : Hy Jalis Innovation & brevet production de l'hydrogène
Hy Jalis Innovation & brevet production de l'hydrogène
L’hydrogène, source d’énergie pour la mobilité avec Hy Jalis
En 2017 à Davos en Suisse "le conseil de l'hydrogène" a été créé par les grands acteurs industriels mondiaux de l'énergie et de l'automobile il a été décidé de mettre en place une politique ambitieuse de remplacement progressif des énergies fossiles par l’hydrogène décarboné produit à partir d'énergies renouvelables.
Pour le stocker / transporter / restituer les principales méthodes proposées sont :
- 1) Hydrogène liquide
- 2) Hydrogène sous très haute pression
- 3) Stockage LOHC (vecteur organique liquide)
L'hydrogène liquide -254°C utilise des technologies de pointe parfaitement maîtrisées mais consommatrices de beaucoup d'énergie de plus il ne peut se conserver à l'état liquide que pendant une période limitée. Cette méthode est irremplaçable pour certaines applications.
Le stockage sous très haute pression 700 bars où 300 bars dans des récipients d'une technologie très innovante a de nombreuses utilisations.
Actuellement ces méthodes sont les solutions les plus utilisées elles se partagent le marché avec les batteries au Lithium.
Pour répondre aux très nombreux besoins spécifiques le stockage(LOHC), qui utilise des molécules organiques liquides en opération cyclique a été préconisée. Elle est basée sur le savoir-faire du reformage catalytique, procédé largement utilisé en raffinerie pour produire des hydrocarbures aromatiques à haut indice d'octane pour les essences.
La méthode propose dans une première étale stockage par hydrogénation du toluène en méthyl cyclohexane, puis sa déshydrogénation pour restituer le toluène et l'hydrogène.
Elle utilise des catalyseurs Pt/Al2O3 (catalyseurs coûteux), similaires à ceux du reformage.
- températures moins élevées, 350°C.
- sous pression d'hydrogène pour limiter les dépôts coke sur le catalyseur
ce qui entraîne une réduction la vitesse de la réaction qui doit être compensée par une augmentation du volume des réacteurs.
Il existe une variante de cette méthode. Elle est opérée en phase liquide et utilise l'hydrogénation du dibenzyltoluene pour stocker l'hydrogène.
Dans une seconde étape, la molécule chargée en hydrogène est déshydrogénée pour restituer l'hydrogène et le dibenzyltoluene.
Les méthodes LOHC nous paraissant intéressantes nous avons proposé de nouveaux couples de molécules pour optimiser le procédé.
Genèse de l'idée
Au début des années 1950 l'IFP (nom actuel IFPEN-AXENS) a commercialisé son premier procédé industriel : la déshydrogénation du 2 butanol en méthylethylcétone + hydrogène.
Ce procédé a été en opération industrielle pendant plusieurs décennies.
Nous avons examiné si la réaction 2 butanol <<>> methylethylcétone + Hydrogène
pouvait être utilisé en opération cyclique pour le stockage/restitution de l'hydrogène.
Il est apparu que ces molécules originales pour le stockage/restitution ne pouvaient pas être utilisées pour la conception d'un générateur d'hydrogène, leurs propriétés physiques n'étant pas adaptées. Ceci nous a conduit tout en conservant la réaction chimique de rechercher d'autres couples de molécules ayant les propriétés physiques requises pour des opérations cycliques alcool secondaire/ cétone + hydrogène.
Nous en avons identifié plusieurs qui ont été brevetées.
Pour sélectionner le couple le plus performant nous avons sollicité l'aide de l'IRCELYON qui possède une grande compétence sur ce sujet.
Sous la direction de Dr Catherine Pinel et la supervision de Dr Valérie Meille, Mr Elias Al Ahmar étudiant en Master2 à l'Université Lyon1 a fait en un très bon travail de recherche qui nous a permis de sélectionner les meilleures molécules.
propyléneglycol <<>> Hydroxyacétone + Hydrogène
Les résultats obtenus ont été très prometteurs et nous ont incité à concevoir un projet de générateur de 50 litres pouvant produire 1 kg/h d'hydrogène qui devrait nous permettre de valider les résultats obtenus et avancer vers une industrialisation.
Les brevets sont la propriété de la start up HyJalis
méthode LOHC propylèneglycol (PG) hydroxyacétone(HYAC)
Générateur H2
Stockage
H2 + HYAC >> PG
Transport
PG >> HYAC + H2
Restitution
N° de Brevet et date de publication : WO2021205113 - 14/10/2021
L'Hydrogène produit par le générateur pourra être directement utilisé par un moteur thermique
mais aussi après purification par une pile à hydrogène.
De nombreuses recherches menées actuellement ont démontré que les moteurs thermiques (diesel) peuvent être reconditionnés pour l'hydrogène ils sont plus économiques malgré un rendement plus faible que les piles à Hydrogène.
Notre générateur d'hydrogène est particulièrement bien adapté aux moteurs thermiques, la récupération des calories fatales des gaz d'échappement à 450°C qui représentent environ 40 % du contenu énergétique de l'hydrogène peut permettre l'augmentation le rendement énergétique global du système en fournissant une grande partie de l'enthalpie nécessaire à la déshydrogénation.
La société ENOGIA en collaboration IFPEN ont développé un procédé similaire pour les moteurs diesel, qui peut s'adapter aux moteurs thermiques à l'Hydrogène le moment venu une collaboration pourrait être envisageable.
Nous pouvons résumer les avantages du procédé HyJalis
Conditions opératoire modérés :
Phase liquide, pression atmosphérique, température du générateur 180°C, Milieu réactionnel propylène glycol biosourcé (température d'ébullition 187°C).
Produits de la réaction : l'hydrogène et l'hydroxyacétone (température d'ébullition 145°C ) nettement inférieure à celle du générateur 180°C.
L'élimination d'Hydroxyacétone du milieu réactionnel aidée par un balayage par l'Hydrogène formé entraîne un déplacement de l'équilibre chimique qui se traduit par une concentration stationnaire du propylène glycol du générateur très élevée et une vitesse de production de l'hydrogène élevée et stable.
Ces caractéristiques de fonctionnement confèrent un avantage important à HyJalis par rapport aux procédés LOHC concurrents.
Simplicité du concept du générateur et son mode opératoire qui entraine une réduction du coûts des investissements.
Notre procédé est particulièrement adapté pour la mobilité.
Bus / Autocars / péniches / Ferries / Bateaux de Croisière /Porte Containers
Dans le transport maritime une mutation amorce sa une première phase avec passage au GNL elle préfigure l’arrivée future de l'hydrogène.
D'autres thèmes ambitieux
Le transport de l’Hydrogène vert par LOHC a commencé à se mettre en place entre Australie /Japon Brunei /Japon.
Elle est appelée à se développer, des essais industriels comparatifs sont en cours avec le stockage d'hydrogène liquide par bateaux Hydrogéniers. Nous pensons qu'ils seront favorables au procédé LOHC.
Pollution des ports
Par les Ferries /Paquebots Exp Marseille? / Venise etc. Des mesures limitées pourraient remplacer au moins partiellement le fuel par l'hydrogène pendant les périodes où les bateaux sont à quai Moteurs Diesel modifiés en bicarburant fuel/Hydrogène.
Pour qu'un procédé de stockage / transport / restitution soit applicable à grande échelle le vecteur doit disponible être en grande quantité et d'un prix acceptable tel est le cas du propylène glycol biosourcé (qualité technique / antigel aviation) produit en France par Air Liquide. Il est facile à stocker et à transporter. Après utilisation il peut être récupéré et recyclé par distillation.
Les catalyseurs utilisés sont peu coûteux Cu / Zinc / Nickel et facilement recyclables.
Applications
Sur les sites de production d'électricité verte déserts, plateformes offshores des électrolyseurs sont installés pour produire de l'hydrogène vert qui permet de gérer les surplus et les problèmes d'intermittence. Il peut être stocké par le procédé HyJalis par hydrogénation de l'hydroxyacétone en en propylène glycol qui est stocké et facilement transporté sur de longues distances
Optimisation du bilan enthalpique
L'enthalpie de l'hydrogénation est générée à 150°C. Elle peut être récupérée par le procédé ENOGIA pour produire de l'électricité qui peut alimenter l'électrolyseur.
Les Piles à Hydrogène
Quand l'hydrogène produit par le générateur HyJalis est utilisé par une pile à hydrogène les calories sont produites à 100°C.
Elles peuvent être valorisées à l'aide du procédé ENOGIA pour générer de l'électricité qui peut couvrir une partie des besoins.
Enthalpiques de générateur
En conclusion HyJalis avec le propylène glycol transforme l'Hydrogène en carburant de station-service distribué à la pompe, avec comme seule contrainte de vidanger le réservoir de l'hydroxyacétone avant de faire le plein en propylène glycol.
Remarque
trouver un nouveau débouché pour la glycérine biosourcée pourrait avoir un impact favorable sur l'économie globale du biodiesel.
Qu’est-ce que l’énergie hydrogène ?
L'hydrogène est moins connue comme source d'énergie que l’électricité. H2, soit le dihydrogène (hydrogène) est en réalité un vecteur énergétique car il est produit au moyen d’une réaction chimique à partir d’une ressource primaire.
Un vecteur énergétique c'est un "transporteur" de l'énergie. Il faut comprendre que c'est une molécule ou un élément qui va permettre de véhiculer de l'énergie d'un point à un autre. L'énergie contenue dans l'hydrogène se récupère selon deux possibilités : en le brûlant ou par une pile combustible.
L'hydrogène est issu à 95% de la transformation d’énergies fossiles comme par exemple le gaz naturel.