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Si l’Europe veut atteindre son objectif de neutralité climatique d’ici à 2050, l’industrie lourde, comme la production d’acier, doit subir une transformation radicale. «Compte tenu de son utilisation d’équipements industriels lourds et à forte intensité énergétique, il n’est pas surprenant que le secteur de l’acier soit l’un des plus gros émetteurs de gaz à effet de serre au monde», déclare Robert Paulnsteiner, chef de projet au Centre de l’hydrogène de VERBUND Energy4Business.
Selon Robert Paulnsteiner, le défi consiste à trouver des moyens pratiques de réduire les émissions de CO2 – un défi qui exige le développement de technologies entièrement nouvelles. Alors que l’industrie souhaite se détourner des énergies fossiles au profit des énergies renouvelables, de nouvelles solutions sont indispensables pour garantir un niveau de performance comparable», ajoute-t-il.
C’est là que le projet H2Future, financé par l’UE, intervient. Réunissant des fournisseurs d’énergie, l’industrie de l’acier, des fournisseurs de technologie et des chercheurs, le projet a pour objectif de faciliter la décarbonation de l’industrie de l’acier. Pour ce faire, ils s’efforcent de démontrer la faisabilité de l’utilisation d’hydrogène vert dérivé d’électricité renouvelable pour alimenter une usine de production d’acier.
L’électrolyseur à membrane échangeuse de protons
L’électrolyseur à membrane échangeuse de protons (MEP) est au cœur du projet. «Il s’agit d’un procédé prometteur qui fait actuellement l’objet de recherches et de tests dans de nombreux domaines industriels», explique Robert Paulnsteiner. «Au lieu d’un électrolyte liquide, une membrane polymère solide est utilisée, ce qui signifie que l’électrolyse MEP peut utiliser de l’eau pure.»
Robert Paulnsteiner poursuit en expliquant comment la membrane sert de barrière physique entre l’anode et la cathode et empêche ainsi le mélange de l’O2 avec l’H2. «Cela permet d’obtenir des qualités très élevées d’hydrogène avec, en théorie, un rendement global atteignant des valeurs allant jusqu’à 80 %.»
Le projet H2Future reprend ce concept et l’adapte aux exigences de l’aciérie. Pour ce faire, un système à grande échelle d’électrolyse MEP de 6 mégawatts a été développé et installé dans l’aciérie voestalpine située à Linz (Autriche). Construit par Siemens, l’un des partenaires du projet, l’électrolyseur MEP est une installation extrêmement sophistiquée qui permet une production d’hydrogène efficace et durable.
«Il s’agit actuellement du plus grand électrolyseur MEP en service dans une aciérie et l’un des plus grands utilisés dans le monde», fait remarquer Robert Paulnsteiner.
Un moyen viable de réduire l’empreinte carbonique de l’acier
Cet électrolyseur MEP a fait l’objet de nombreux essais pilotes tout au long du projet. «Notre objectif était de valider l’utilisation de l’électrolyse comme un moyen viable de réduire l’empreinte carbonique de l’industrie de l’acier», explique Robert Paulnsteiner.
En produisant jusqu’à 1 200 mètres cubes d’hydrogène par heure – ce qui est nettement supérieur à ce que des systèmes comparables peuvent réaliser actuellement – le projet est en bonne voie d’atteindre son objectif.
Les chercheurs étudient également le potentiel du système pour réduire les coûts opérationnels globaux et pour créer de nouvelles sources de revenus. «L’électrolyse MEP présente un bon comportement dynamique pour suivre, par exemple, le profil de puissance d’une éolienne sans retard significatif», fait-il remarquer. «Les performances de cette technologie devraient considérablement se développer, améliorant les capacités installées d’au moins un ordre de grandeur.»
Robert Paulnsteiner poursuit en expliquant que, grâce à la flexibilité inhérente de l’électrolyseur, qui permet de facilement modifier la consommation d’énergie en fonction des besoins réels, il est également possible de fournir des services auxiliaires au réseau électrique.
Avec le projet en cours, l’électrolyseur fonctionne actuellement dans une phase quasi-commerciale.
Une technologie révolutionnaire
Bien que toujours en cours, ces projets pilotes ont prouvé la faisabilité de la production d’hydrogène vert de haute qualité pour une production verte d’acier. Cette technologie a également permis d’accroître l’efficacité du système d’électrolyse, en atteignant le meilleur taux de sa catégorie, avec un rendement pouvant atteindre 83 %.
«Nous sommes convaincus que notre technologie extrêmement évoluée changera la donne, non seulement pour l’industrie sidérurgique, mais aussi pour d’autres industries à forte intensité énergétique», conclut Robert Paulnsteiner. «C’est pourquoi nous préparons actuellement un projet de suivi qui vise à rendre notre hydrogène vert disponible pour d’autres applications industrielles.»
H2Future a été financé par l’UE et l’entreprise commune Fuel Cells and Hydrogen.