Mettre fin à la précarité énergétique grâce au stockage d’hydrogène

• La start-up H2GO, spécialisée dans les technologies propres, a pour mission de garantir l’approvisionnement électrique aux vastes zones de la planète où l’électricité manque.
• Grâce à un système ingénieux qui stocke et libère les molécules d’hydrogène de manière autonome, l’entreprise a surmonté l’un des principaux obstacles à l’adoption de l’hydrogène.
• Enass Abo-Hamed, PDG de H2GO a transformé son projet de recherche doctorale primé en une technologie révolutionnaire.

Une électricité fiable et abordable est un pilier de la civilisation moderne. Les personnes en ont besoin, la prospérité l’exige et les humains la consomment à une échelle colossale. Mais tout le monde n’y a pas accès de la même manière.

L’année dernière, l’humanité a consommé plus de 22 000 TWh d’électricité, soit deux fois plus qu’en 1990. Pourtant, l’ensemble de l’Afrique n’a consommé que 3 % du total, et l’Amérique latine n’en a consommé que 6 %. Ce sont les économies plus développées d’Asie, d’Amérique du Nord et d’Europe qui ont absorbé le reste.

De telles inégalités en matière d’électricité  ont incité le scientifique et entrepreneur Enass Abo-Hamed à fonder H2GO Power. L’entreprise se donne pour mission de réduire la pauvreté énergétique mondiale et d’apporter un approvisionnement fiable en watts, volts, ampères et ohms au milliard d’habitants de la planète qui n’ont pas accès au réseau.

Que fait H2GO ?

La principale innovation de l’entreprise est son « éponge intelligente », système sûr et efficace de stockage de l’hydrogène. Il est composé de réacteurs intelligents dotés de structures internes spéciales et réactives, capables de stocker l’hydrogène et de le libérer à la demande.

Les composés chimiques peuvent stocker l’hydrogène sous forme liquide ou solide. Lorsque la molécule gazeuse d’H2 est introduite dans le système de stockage d’H2GO, la structure intelligente de l’éponge la capture grâce à une liaison chimique. Lorsqu’un système externe a besoin d’hydrogène, la montée de chaleur à une température définie déclenche la libération de la quantité requise.

La conception du système de stockage de l’hydrogène a débuté dans le cadre d’un projet de recherche pour la thèse de doctorat d’Abo-Hamed à l’université de Cambridge. Cinq ans plus tard, cette découverte a donné lieu à un flux constant de produits innovants, allant d’un « réacteur » à hydrogène capable de produire de l’électricité jusqu’à des générateurs « prêts à l’emploi » pouvant être transportés dans des lieux isolés.

H2GO a également mis au point un système d’intelligence artificielle (IA) qui optimise la consommation d’énergie de ses unités de production d’hydrogène. La réduction des coûts passe d’abord par l’amélioration des performances du matériel, mais également par l’optimisation des structures de coûts à l’aide de logiciels. En effet, la réduction des coûts a une réelle importance lorsqu’il s’agit de remplacer des produits sur le marché.

Pourquoi l’hydrogène ? « C’est une molécule très élégante », explique M. Abo-Hamed. «  “Elle ne contient pas de carbone au départ, donc lorsque vous la brûlez ou la convertissez électrochimiquement pour extraire son énergie, vous obtenez de l’énergie sans sous-produit nocif. Si elle est encouragée suffisamment et mise à l’échelle rapidement, la production à base d’hydrogène a le potentiel de décarboniser nos systèmes énergétiques à temps pour atteindre les objectifs de zéro émission nette et créer une planète plus durable. »

Les avantages du stockage d’hydrogène H2GO

La beauté de l’hydrogène en tant que source d’énergie réside dans le fait qu’il contient de grandes quantités d’énergie dans sa structure inhérente. Cela permet d’atténuer les limites du stockage par batterie, présenté comme un moyen durable d’alimenter les longs trajets et de surmonter l’intermittence de la production. D’autant plus que les voitures électriques et les énergies éolienne et solaires contribuent à réduire leur empreinte.

Pour alimenter des machines volumineuses ou sophistiquées, les batteries ont besoin de lithium et d’autres matériaux qui ne peuvent être obtenus que par l’exploitation minière. La demande de batteries est mondiale, mais les sources les plus riches en lithium sont des pays comme l’Australie, la Bolivie et le Chili. Cela signifie qu’il faut transporter beaucoup de matières premières à forte intensité carbonique vers les centres de fabrication du monde entier.

Les contraintes de temps limitent également la capacité des piles à servir de source d’énergie durable. Elles ne peuvent pas (encore) générer ou stocker de l’énergie pendant de longues périodes. Bien que les batteries destinées aux services publics peuvent tenir une charge pendant quatre à six heures, un réseau énergétique « vert » nécessiterait probablement un stockage pendant des centaines d’heures.

Les limitations apparaissent également lorsque les batteries assurent le vol. Prenez les drones, par exemple. Leur utilisation dans des applications commerciales et civiques est en hausse, mais l’autonomie de leurs batteries est restrictive et limite la durée des vols.

Leur dépendance aux batteries limite leur efficacité en cas de catastrophe naturelle ou d’envoi de médicaments d’urgence dans des zones peu accessibles. C’est pourquoi H2GO a choisi les drones pour l’une des premières applications non utilitaires de la start-up.

Le stockage d’hydrogène H2GO alimente les vols

L’hydrogène stocke naturellement l’énergie. Les difficultés surviennent lorsqu’on tente de libérer et de maîtriser l’énergie. En effet, l’hydrogène est hautement inflammable, et la compression nécessaire pour contenir un volume suffisant pour la production d’énergie peut être dangereuse. Tous ceux qui ont vu les images de la catastrophe du dirigeable Hindenburg en 1937 ont une idée des risques.

Mais la technologie de H2GO peut être mise à l’échelle pour alimenter de petites machines volantes de manière fiable et sûre, même sur de longues périodes.

Le réacteur à hydrogène innovant de la société, imprimé en 3D, a été mis à l’échelle pour des applications de drone à l’aide des outils de conception Autodesk Fusion 360, CFD et 3ds Max. Le module du réacteur devait stocker de grandes quantités d’énergie dans un petit format, être suffisamment robuste pour fournir de l’énergie et être assez léger pour permettre le vol. Différents matériaux, structures et formes ont dû être testés en fonction de tolérances strictes en matière de sécurité et de performance.

« 3ds Max était très bien adapté à l’élaboration de designs complexes capables de répondre aux exigences des environnements à haute performance », explique Abo-Hamed. « Fusion 360 nous a aidés à les perfectionner et à les affiner pour la fabrication ».

La CFD a été vitale, ajoute-t-elle, pour trouver la fluidité optimale des matériaux à l’intérieur du réacteur, ainsi que pour corriger le taux de transfert de chaleur pour extraire l’hydrogène et alimenter le vol pendant qu’un drone est en activité. « Ces outils nous ont aidés à donner vie à nos ambitions en matière de produits », dit-elle.

Faire des vagues

Les innovations durables d’Abo-Hamed prennent de l’ampleur. Le MIT Technology Review l’a sélectionnée comme une innovatrice qui « change l’avenir ». En 2018, le World Economic Forum l’a désignée comme une jeune scientifique extraordinaire et l’a invitée à la réunion annuelle des Global Future Councils.

Alors que le monde cherche à décarboniser les industries, les méthodes conventionnelles de production, de stockage, d’utilisation et de transport de l’énergie devront être remplacées. H2GO vise à jouer un rôle central dans cette transition.

« La chaîne de valeur de l’hydrogène est différente des combustibles traditionnels utilisés pour produire de l’énergie », explique Abo-Hamed. « Si nous voulons réduire les émissions de carbone et nous diriger vers le net-zéro, nous devons vraiment prendre au sérieux la mise à l’échelle des solutions à base d’hydrogène. »