L'alcool comme moyen de stockage
Le power-to-méthanol pourrait devenir un pilier de la transition énergétique
Les technologies de stockage efficaces sont un pilier essentiel d'un système d'énergie renouvelable, permettant de stocker temporairement les excédents d'électricité. Le méthanol pourrait jouer un rôle important dans ce contexte. La grande question est de savoir comment intégrer de tels systèmes power-to-méthanol dans une future infrastructure des énergies renouvelables et comment les exploiter de manière rentable. Le Dr Stefan Fogel du Centre Helmholtz de Dresde-Rossendorf (HZDR) a trouvé une réponse à cette question grâce à une modélisation complexe et des simulations approfondies réalisées au cours de sa thèse.
La disponibilité instable du soleil et du vent pose de grands défis à un futur système énergétique basé sur des sources renouvelables. Lorsque les conditions météorologiques sont optimales, il arrive que la production d'électricité soit supérieure à ce que le réseau peut absorber. Des solutions de stockage intelligentes sont nécessaires pour que les installations ne doivent pas être réduites. L'une d'entre elles pourrait être le power-to-méthanol. Celui-ci permet de transformer l'électricité excédentaire provenant d'installations solaires ou de parcs éoliens d'abord en hydrogène, puis, avec les émissions de dioxyde de carbone issues des processus industriels, en le plus simple représentant des alcools.
"Le méthanol est un très bon accumulateur d'énergie et, rapporté au volume, il a une densité énergétique beaucoup plus élevée que l'hydrogène", explique le Dr Stefan Fogel de l'Institut de dynamique des fluides du HZDR. "En tant que liquide, il est également beaucoup plus facile à transporter et à stocker". D'une part, cela fait de l'alcool un moyen de stockage idéal. D'autre part, il est également une matière première importante dans l'industrie chimique. Mais la manière dont le processus de fabrication peut être intégré dans un système d'énergie renouvelable n'a pas encore fait l'objet de recherches approfondies.
"Les travaux de modélisation et de simulation stationnaires et dynamiques des processus Power-to-Methanol basés sur des électrolyseurs à haute température sont jusqu'à présent fortement sous-représentés dans la littérature scientifique", explique l'ingénieur chimiste. "Il en va de même pour leur évaluation économique". C'est pourquoi Fogel s'est focalisé pour son travail sur ces mêmes systèmes d'électrolyse qui produisent de l'hydrogène pur à des températures de fonctionnement supérieures à 600 degrés Celsius. Celui-ci est utilisé directement dans l'étape de synthèse, sans autre effort de séparation. C'est plus efficace que les technologies établies aujourd'hui, comme par exemple l'électrolyse alcaline.
Le jumeau numérique révèle des potentiels
Il a utilisé le jumeau numérique qu'il a modélisé du système Power-to-Methanol pour effectuer des simulations complètes. "J'ai regardé ce qui se passe quand on fait fonctionner le système de manière dynamique", explique-t-il en détail. La question est essentielle, notamment en ce qui concerne les énergies renouvelables. En effet, les électrolyseurs actuels sont généralement conçus pour fonctionner 24 heures sur 24. Mais connectés de manière décentralisée à un parc éolien ou à une installation photovoltaïque, les systèmes ne fonctionneraient qu'en cas de surplus d'énergie. Cela pose des défis techniques d'une part, mais influence aussi considérablement le coût du méthanol produit d'autre part. "Il s'est avéré qu'il était tout à fait possible de flexibiliser un tel processus", explique Fogel. "Il serait donc possible à l'avenir de coupler une installation power-to-méthanol avec une installation photovoltaïque ou éolienne, de fonctionner en charge partielle et d'obtenir malgré tout des coûts de production compétitifs".
Son évaluation technico-économique des données obtenues à partir des simulations montre toutefois que l'on est encore loin de ce point aujourd'hui. Celle-ci a en effet révélé que les coûts du méthanol ne sont actuellement pas compétitifs, indépendamment de l'imbrication des processus et des technologies utilisées. Cela s'explique en premier lieu par le fait que les matières premières fossiles sont encore aujourd'hui d'un prix défiant toute concurrence grâce aux infrastructures mises en place au fil des décennies. "La technologie de l'électrolyse entraîne des coûts de capital massifs pour les investissements dans ces installations", sait Fogel. "Jusqu'à 70 pour cent des coûts sont liés à l'investissement. Au final, les coûts de production proprement dits ne sont pas si élevés".
Le chercheur ne voit toutefois là qu'une phase temporaire que toute nouvelle technologie doit traverser. Car si le marché du power-to-méthanol devait s'envoler dans les années à venir, les effets d'échelle réduiraient les coûts. "Dans mon travail, j'ai également examiné comment le sujet pourrait évoluer dans les 20 prochaines années", souligne l'ingénieur chimiste. Pour ce faire, il a effectué une vaste recherche bibliographique et a projeté les coûts dans le futur. Résultat : il y aura une réduction drastique des coûts. "En 2050, avec le processus power-to-méthanol, nous pourrions avoir atteint le point d'égalité avec les sources d'énergie fossiles".
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Allemand peut être trouvé ici.
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