Centrale à hydrogène pour le jardin

Selon les données de l’Agence allemande pour l’environnement, les ménages privés sont actuellement responsables d’environ un quart de la consommation totale d’énergie de l’Allemagne. Une bonne moitié de cette énergie provient du gaz naturel et du pétrole brut. Compte tenu de l’intensification du changement climatique, cette statistique donne à réfléchir. «L’hydrogène obtenu à partir d’énergies renouvelables a beaucoup plus de potentiel en tant que vecteur d’énergie pour l’avenir», déclare le professeur Holger Seidlitz, spécialiste de la construction légère chez BTU Cottbus-Senftenberg et responsable de la recherche «Polymer Materials and Composite PYCO» au Fraunhofer Institute for Recherche appliquée sur les polymères IAP sur le site de Wildau, mettant en évidence la situation. Avec son équipe et une entreprise de taille moyenne, il adopte une approche à deux volets pour l’avenir de l’hydrogène: tout d’abord, il se concentre sur l’approvisionnement en énergie nécessaire à la production d’hydrogène. Les partenaires de coopération développent actuellement une petite centrale éolienne efficace pour ce faire. Deuxièmement, l’équipe cherche à savoir comment stocker ce précieux gaz. À cette fin, ils produisent de nouveaux types de réservoirs d’hydrogène en composites renforcés de fibres.

Hydrogène pour piles à combustible et véhicules

«L’intention est de concevoir l’éolienne suffisamment petite pour permettre aux particuliers d’avoir un tel système dans leur jardin», explique Holger Seidlitz. « L’hydrogène sera généré in situ dans un petit électrolyseur et stocké dans le réservoir. Il peut alors, par exemple, entraîner une pile à combustible à l’intérieur de la maison qui produit de la chaleur et de l’électricité en même temps. Et les propriétaires de voitures fonctionnant à l’hydrogène sera, à l’avenir, en mesure de faire le plein de leur véhicule à domicile. La vraie clé du concept est que l’ensemble du système est conçu pour être petit, mais extrêmement efficace », souligne Seidlitz. À commencer par l’éolienne. Les experts en construction légère ont conçu une nouvelle hélice qui se met en mouvement même dans une brise légère. «Le vent ici dans la région de Lusace est beaucoup plus faible qu’il ne l’est dans le nord de l’Allemagne», explique Marcello Ambrosio, l’ingénieur en mécanique qui supervise le projet chez Fraunhofer IAP. « Nous avons conçu les pales du rotor pour s’adapter à ces conditions de vent et réduit leurs dimensions d’environ 30 pour cent par rapport aux petites éoliennes conventionnelles. » Fraunhofer IAP a récemment acquis une imprimante 3D industrielle capable de produire des objets mesurant environ deux mètres sur deux mètres. Marcello Ambrosio et ses collègues viennent d’utiliser cette technologie pour fabriquer un moule en plastique pour la production de leurs rotors pour vents faibles à partir de fibres composites. Ils ont été assistés par EAB Gebäudetechnik Luckau, une entreprise également spécialisée dans la construction légère.

Rotors légers et agiles

Les composites renforcés de fibres sont produits en insérant avec précision des bandes de fibres dans un moule, puis en les durcissant à l’aide d’une résine ou de matériaux synthétiques alternatifs pour former un composant. Les bandes sont souvent placées à la main. Chez Fraunhofer IAP, ce travail est effectué par une machine de placement de fibres automatisée moderne qui positionne précisément les fibres de renforcement dans le moule. Ambrosio: « La différence entre ce système et le placement manuel est qu’il y a moins de chevauchements, ce qui nous permet de réduire considérablement les dimensions. »

Bien que conçus pour plus d’efficacité dans des vents plus faibles, les rotors résistent également aux vents forts. Les pales du rotor sont conçues pour céder et se plier lors d’une tempête et tourner hors du vent. «En conséquence, la turbine ralentit d’elle-même la vitesse de rotation et échappe à tout dommage», explique Holger Seidlitz. Cela élimine à son tour le besoin d’une technologie de contrôle complexe et de mécanismes élaborés. Les rotors seront testés à l’air libre au cours des prochains mois. On s’attend à ce qu’ils démontrent leur maîtrise des petites éoliennes conventionnelles.

Réservoir avec capteurs de sécurité intégrés

Le deuxième projet implique également une technologie de construction légère pour produire le réservoir d’hydrogène. Les réservoirs d’hydrogène conventionnels pour les applications industrielles se composent de deux réservoirs en acier résistant à la pression. Cependant, pour une utilisation dans des milliers de ménages privés, les réservoirs légers en composites de fibre de carbone nécessiteraient beaucoup moins de matériaux, seraient beaucoup plus faciles à manipuler et offriraient des avantages particuliers, en particulier pour les applications mobiles. Cela dit, ils doivent être extrêmement sûrs. Étant donné que l’hydrogène peut former un mélange explosif en présence d’oxygène atmosphérique, il ne doit pas être autorisé à s’échapper. Là aussi, l’équipe de Lusace propose une solution intéressante. Les réservoirs sont constitués de bandes de fibre de carbone enroulées sur un corps cylindrique. Imprégnées de résine synthétique, ces bandes durcissent ensuite pour former une cuve pouvant supporter plusieurs centaines de bars de pression. Les experts intègrent également des capteurs dans les réservoirs pour détecter les fuites. «Nous utilisons actuellement des imprimantes 3D capables de traiter des colorants électriquement conducteurs», explique Marcello Ambrosio. « Nous travaillons ces colorants directement dans le composite de fibres. » Les chercheurs peuvent intégrer des composants électroniques même minuscules dans la paroi du réservoir. Ce système d’alerte précoce est l’un des critères clés pour une utilisation en toute sécurité chez le client final à l’avenir.

Holger Seidlitz souligne, de manière importante, que la coopération en matière de recherche est un coup de pouce pour la région. « La Lusace est fortement influencée par la transformation structurelle. Venant de cette région, je pense qu’il est important d’intégrer les petites et moyennes entreprises dans nos projets de recherche pour établir des chaînes de création de valeur continue. » Avec l’éolienne et le réservoir, il combine désormais ici deux développements – les énergies renouvelables et la technologie de l’hydrogène – et les deux s’avéreront d’une importance cruciale dans les années à venir.