La startup espagnole, financée par Breakthrough Energy Ventures, soutenu par Bill Gates, a mis au point des moyens d'extraire l'hydrogène vert des tuyaux qui transportent d'autres composés.
Dans un monde qui a désespérément besoin d'énergie propre, l'hydrogène vert remplit de nombreuses conditions : il est sans carbone, abondant et polyvalent. Pourtant, l'exploitation du plein potentiel de l'hydrogène vert reste hors de portée.
Depuis des années, les défenseurs du climat parlent de l'hydrogène carburant sans carbone comme d'un moyen de décarboniser des industries comme la production d'acier et le raffinage du pétrole, qui dépendent de son cousin sale, l'hydrogène "gris", fabriqué à partir de gaz naturel. Bientôt, l'hydrogène vert pourrait alimenter les camions, les bus et, à terme, les navires et les avions (Rolls-Royce teste actuellement un moteur d'avion à hydrogène), et être brûlé pour produire de la chaleur et de l'électricité.
Mais toutes ces promesses ont un revers : Il n'existe actuellement aucun moyen de transporter l'hydrogène, de manière économique et à grande échelle, depuis les endroits où il peut être fabriqué avec une énergie renouvelable abondante et bon marché - de l'Espagne à l'Afrique du Nord, en passant par Oman et l'Australie - jusqu'aux sites où il serait utilisé.
"Du point de vue du transport, c'est un véritable casse-tête", déclare Andrés Galnares, directeur général de H2SITE, une start-up espagnole spécialisée dans le transport de l'hydrogène. La solution de H2SITE est un réacteur à membrane - une sorte de système de filtrage - qui permet aux pipelines existants de transporter rapidement et à moindre coût l'hydrogène vert de l'endroit où il est produit à celui où il est le plus nécessaire.
En juin, la société a reçu 12,5 millions d'euros (12,8 millions de dollars) lors d'un tour de table de série A mené par Breakthrough Energy Ventures, fondé par Bill Gates. Cet argent, H2SITE l'utilisera pour construire ses premiers réacteurs commerciaux afin d'extraire l'hydrogène pur des composés dans lesquels il est mélangé, au moment même où l'invasion de l'Ukraine par la Russie fait exploser la demande mondiale d'hydrogène vert.
L'urgence du temps de guerre
L'hydrogène vert est produit en faisant passer de l'électricité produite à partir de sources renouvelables à travers l'eau dans un dispositif appelé électrolyseur - un processus qui sépare l'eau en oxygène, qui peut être libéré dans l'atmosphère, et en hydrogène (H2). L'hydrogène est transformé en carburant en le recombinant avec l'oxygène pour produire de l'électricité ou en le brûlant comme du gaz naturel pour des usages industriels et résidentiels.
La guerre de la Russie en Ukraine, qui a fait grimper le prix du gaz naturel européen à cinq fois (et souvent beaucoup plus) son prix habituel avant le conflit, a rehaussé le profil de l'hydrogène vert et de son potentiel pour remplacer les carburants à base de carbone. Désireuse de s'affranchir de la dépendance à l'égard de la Russie, l'Union européenne a quadruplé en mai son objectif d'utilisation d'hydrogène vert pour 2030, le faisant passer à 20 millions de tonnes par an, la moitié devant être produite en Europe.
Le monde doit résoudre l'énigme du transport de l'hydrogène vert, et rapidement.
"Si on le laisse faire, il faudra probablement attendre 20 ans avant de voir apparaître un marché de l'hydrogène interconnecté en Europe", déclare Maarten Wetselaar, PDG de CEPSA, une société pétrolière et gazière espagnole qui investit 5 milliards de dollars dans la production et le transport d'hydrogène vert en Andalousie. Mais, ajoute-t-il, motivé par un objectif de guerre, il pourrait techniquement être créé en moins de temps - peut-être une décennie.
Beaucoup de tuyaux, mais pas les bons
Selon l'Union européenne, l'Europe compte plus de 200 000 kilomètres de gazoducs. Mais ces canalisations sont loin de pouvoir transporter de l'hydrogène pur.
L'hydrogène est un gaz, mais il s'agit d'une molécule beaucoup plus petite que le gaz naturel, et si une forte concentration d'hydrogène (plus de 5 à 20 % selon le tuyau) est envoyée dans les tuyaux de gaz naturel en acier, les minuscules molécules peuvent s'infiltrer dans les minuscules fissures de l'acier et les élargir, ce qui affaiblit le tuyau (processus appelé fragilisation).
L'une des options consiste à construire des pipelines d'hydrogène spécialisés - il en existe environ 4 600 kilomètres dans le monde, selon Minh Khoi Le, responsable de la recherche sur l'hydrogène chez Rystad Energy - mais cela prendra des décennies et des milliards de dollars.
Mais cela prendra des décennies et des milliards de dollars. "Le défi du transport de l'hydrogène est de le faire à grande échelle pour que nous puissions décarboniser complètement", déclare M. Le.
La réponse de H2SITE au problème du transport est de pomper l'hydrogène par l'intermédiaire de l'infrastructure existante et de réduire ainsi le temps et les frais nécessaires à la circulation du carburant vert.
Imaginez que vous versez une canette de soda dans l'évier de votre cuisine. Maintenant, courez jusqu'à l'endroit où le tuyau de drainage de votre maison se jette dans la rue. Là, placez un filtre spécial dans le tuyau et, quelques secondes plus tard, regardez le soda s'écouler, séparé de tout ce qui circule dans le tuyau, aussi pur que lorsqu'il a quitté la canette.
C'est ainsi, du moins métaphoriquement, que fonctionne l'équipement de H2SITE.
La solution de H2SITE a commencé à prendre forme il y a un peu plus de dix ans, alors que ses deux principaux scientifiques, Jon Meléndez Rey et José Antonio Medrano, étaient respectivement doctorants à Tecnalia, un centre de recherche du Pays basque espagnol, et à l'Université de technologie d'Eindhoven, aux Pays-Bas. Meléndez Rey développait la technologie naissante des membranes capables de filtrer l'hydrogène d'autres substances, tandis que Medrano concevait le processus de filtrage. Les membranes qui existaient à l'époque étaient d'un coût prohibitif pour un usage industriel, récupéraient trop peu d'hydrogène et laissaient passer trop d'impuretés. Pour que l'hydrogène soit utilisé dans les piles à combustible, il doit être pur à 99,97 %.
Ce que Meléndez Rey et ses collègues ont trouvé, ce sont essentiellement des tubes enveloppés d'une membrane de feuille de palladium qui sont regroupés comme les poils d'une brosse à cheveux, puis insérés dans un réservoir - le réacteur. Une fois qu'un mélange d'hydrogène entre dans le réacteur, les tubes attirent l'hydrogène, qui traverse ensuite la feuille et s'écoule dans le tube jusqu'à une unité de stockage ou un pipeline d'hydrogène. Grâce à cette technologie, un mélange de gaz naturel et d'hydrogène pourrait être injecté dans un gazoduc existant et, à l'autre extrémité, H2SITE affirme que ses réacteurs peuvent aspirer de l'hydrogène pur à 99,97 % du mélange, tout comme le soda imaginaire. Leur système est moins cher que les conceptions existantes et peut récupérer plus d'hydrogène.
"Disons que vous injectez 10 % d'hydrogène et 90 % de gaz naturel à Huelva, en Espagne", explique M. Galnares. "A Paris, je connecte une de mes boîtes [de réacteur] à l'infrastructure de gaz naturel et j'extrais tout l'hydrogène et le gaz naturel continue dans son ancien système de transport". Les infrastructures destinées à transporter des énergies non renouvelables peuvent désormais transporter un carburant comme l'hydrogène pur."
En 2019, les groupes de laboratoire de Meléndez Rey et Medrano à Tecnalia et TU Eindhoven ont filé leur technologie pour la commercialiser, et H2SITE est née. Meléndez Rey et Medrano en sont les deux scientifiques fondateurs ; Galnares l'a rejoint en provenance de la société française de services publics Engie, qui a apporté un financement d'amorçage et a ensuite fait partie du consortium qui a investi aux côtés de Breakthrough Energy Ventures.
La route de l'ammoniac
Une autre solution de H2SITE consiste à transporter l'hydrogène via l'ammoniac, un composé chimique largement produit qui dispose déjà d'une chaîne d'approvisionnement internationale bien définie.
Dans un processus de réacteur conçu par Medrano et ses collègues, l'ammoniac, un composé constitué d'azote et d'hydrogène, passe à travers un catalyseur composé de particules d'aluminium et d'autres métaux comme le nickel. L'ammoniac se décompose en azote - qui constitue environ 78 % de l'atmosphère terrestre - et en hydrogène, qui passe ensuite à travers la même membrane. (L'hydrogène extrait de cette manière ne serait vert que si l'ammoniac était "vert" - un produit que les fabricants d'engrais commencent tout juste à produire).
Selon Le de Rystad, il est peu probable que ces réacteurs à membrane soient très utilisés à court terme, car la plupart des installations de production d'hydrogène sont construites à proximité des sites industriels où elles seront utilisées. Mais, dit-il, "il pourrait s'agir d'une technologie cruciale lorsque l'on cherche à faire de l'hydrogène un produit de base mondial."
M. Galnares estime que le coût de l'extraction d'un kilogramme d'hydrogène peut aller de 10 cents - pour purifier l'hydrogène qui a été envoyé dans un pipeline d'hydrogène et qui a ramassé des impuretés en cours de route - à 1,50 dollar pour l'extraire de l'ammoniac.
M. Galnares a refusé de révéler l'évaluation de la série A de H2SITE.
Aujourd'hui, H2SITE construit des réacteurs capables de produire 200 kilogrammes d'hydrogène par jour pour réapprovisionner les piles à combustible des véhicules. Elle conçoit également des unités de plusieurs tonnes pour alimenter les navires. Il s'agit de petits pas vers le remplacement des carburants polluants par de l'hydrogène vert, mais qui soulignent l'urgence nouvelle de la transition.