FR3108899A1 - Systeme et procede ameliores de stockage et de restitution de dihydrogene - Google Patents
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Abstract
- Système et procédé améliorés de stockage et de restitution de dihydrogène. - L’invention concerne un procédé de stockage et de restitution de dihydrogène (1), comprenant au moins :- une étape de génération d’hydrogène (G) par déshydrogénation de groupements hydroxyles du dipropylène glycol en des groupements carbonyles respectifs, afin de générer un substrat déshydrogéné (SD) et du dihydrogène gazeux (H2),- une étape de régénération (R) d’au moins une partie du dipropylène glycol (DG), par hydrogénation desdits groupements carbonyles en groupements hydroxyles respectifs à l’aide de dihydrogène gazeux (H2). - L’invention est particulièrement adaptée au stockage de dihydrogène en tant que vecteur d’énergie. - Figure pour l’abrégé : Figure 1.
Description
La présente invention concerne le domaine général du stockage de vecteur d’énergie, et plus précisément du stockage, du transport et du déstockage du dihydrogène.
Plus particulièrement, l’invention concerne un procédé de stockage et de restitution de dihydrogène, ainsi qu’un système de stockage et de restitution de dihydrogène. L’invention concerne en outre un ensemble intégré comprenant le système de stockage et de restitution mentionné ci-avant.
Le stockage et la restitution de l’énergie représentent des problématiques techniques majeures imposées à la société depuis la deuxième révolution industrielle, qui a rendu courant l’usage massif de l’électricité et du moteur à combustion interne. En particulier, la production d’énergie notamment électrique s’est principalement effectuée à partir de sources fossiles ou nucléaires.
Dans le même temps, il existe une volonté des états de promouvoir de nouvelles alternatives en termes non seulement de sources d’énergie mais également de vecteurs d’énergie ou vecteurs énergétiques, notamment en ce qui concerne le stockage de l’énergie, son transport, sa restitution ou déstockage, les vecteurs d’énergie embarqués par des véhicules étant particulièrement concernés.
Il existe aujourd’hui un fort besoin, pour des raisons écologiques évidentes de forte pollution associée et économiques de facilité de stockage et de redistribution, de trouver un vecteur énergétique qui soit utilisable massivement tout en étant propre, c’est-à-dire facile d’utilisation, peu polluant et permettant un stockage aisé de tout type d’énergie.
Le dihydrogène, communément appelé «hydrogène», est envisagé en tant que vecteur énergétique à fort potentiel apte à participer au bouquet énergétique ou «mix énergétique». Ce dernier représente ainsi les différentes sources d’énergie primaires et par extension les vecteurs d’énergie associés, comme les batteries d’accumulateur ou le dihydrogène.
Les systèmes et méthodes de stockage, et par extension de transport et déstockage, du dihydrogène, bien que donnant satisfaction d’un point de vue théorique, n’en présentent pas moins certains inconvénients.
En effet, le dihydrogène présente des difficultés d’exploitation importantes. En particulier, les systèmes et méthodes connus pour la production, le stockage, le transport et même le déstockage du dihydrogène impliquent actuellement une mise en œuvre extrêmement lourde et complexe, dans laquelle le dihydrogène, qui existe sous forme de gaz à température ambiante, est mis sous une pression extrêmement élevée, par exemple 700 bars, ou bien subit un refroidissement extrême, par exemple à - 252°C, pour être liquéfié, de telles façons de procéder étant extrêmement coûteuses en énergie et présentant des risques de sécurité élevés. De plus, bien que la mise en œuvre de dihydrogène liquéfié par refroidissement ou mis sous forte pression soit connue et maîtrisée en tant que telle, elle implique une capacité de stockage et/ou de transport du dihydrogène non satisfaisante en regard des contraintes mentionnées (pression et/ou température), qui sont considérables.
Ainsi, même si des systèmes et méthodes de stockage et de transport du dihydrogène sont connus et réalisables en tant que tels, les inconvénients mentionnés ci-avant démontrent qu’ils ne sont pas adaptés à une utilisation massive, simple et en toute sécurité du dihydrogène en tant que vecteur énergétique aisé à stocker et à transporter, comme cela est pourtant nécessaire pour pouvoir affecter ce dernier à la gestion de grandes quantités d’énergie, par exemple dans le cadre d’une centrale électrique devant alimenter en continu une ville en électricité ou d’une alimentation en énergie de propulsion d’un véhicule automobile.
En définitive, les systèmes connus de stockage, de transport et de restitution du dihydrogène, notamment du type à liquéfaction par refroidissement ou à pressurisation, sont particulièrement lourds, volumineux, coûteux, et énergivores, et ils présentent de surcroît un risque important en matière de sécurité des biens et des personnes. Ils sont difficilement adaptables industriellement à une utilisation régulière et aisée du dihydrogène, ainsi qu’à la gestion du stockage, du transport et de la redistribution de grandes quantités de ce vecteur énergétique.
Les objets assignés à la présente invention visent en conséquence à remédier aux différents inconvénients énumérés précédemment et à proposer un nouveau procédé de stockage et de restitution de dihydrogène qui, tout en étant particulièrement efficient, est particulièrement simple à mettre en œuvre, peu coûteux et peu voire non polluant.
Un autre objet de l’invention vise à proposer un nouveau procédé de stockage et de restitution de dihydrogène ne nécessitant qu’un espace contenu pour être mis en œuvre, et n’impliquant pas l’utilisation de matériaux exagérément lourds, encombrants, dangereux et/ou coûteux pour réaliser ce stockage.
Un autre objet de l’invention vise à proposer un nouveau procédé de stockage et de restitution de dihydrogène permettant de stocker, transporter puis enfin restituer du dihydrogène de manière simple et sûre, dans des conditions de sécurité optimales.
Un autre objet de l’invention vise à proposer un nouveau procédé de stockage et de restitution de dihydrogène particulièrement facile à adapter aux différentes sources et utilisations du dihydrogène.
Un autre objet de l’invention vise à proposer un nouveau procédé de stockage et de restitution de dihydrogène qui autorise la gestion de grandes quantités de dihydrogène, et par extension d’énergie.
Un autre objet de l’invention vise à proposer un nouveau procédé de stockage et de restitution de dihydrogène à la fois fiable et compétitif sur le plan économique.
Un autre objet de l’invention vise à proposer un nouveau procédé de stockage et de restitution de dihydrogène dont le coût de mise en œuvre est réduit.
Un autre objet de l’invention vise à proposer un nouveau procédé de stockage et de restitution de dihydrogène pouvant être mis en œuvre même dans des conditions climatiques extrêmes, et notamment par grands froids.
Un autre objet de l’invention vise à proposer un nouveau procédé de stockage et de restitution de dihydrogène permettant de restituer du dihydrogène de manière continue, régulière et/ou maîtrisée dans le temps, à partir d’une production de dihydrogène aléatoire, variable et/ou sporadique.
Un autre objet de l’invention vise à proposer un nouveau système de stockage et de restitution de dihydrogène particulièrement peu polluant, facile à mettre en œuvre et particulièrement efficace pour la conservation d’énergie sous forme de dihydrogène, y compris de l’énergie générée de manière intermittente et/ou irrégulière.
Un autre objet de l’invention vise à proposer un nouveau système de stockage et de restitution de dihydrogène qui soit particulièrement résistant à l’usure et dont l’efficacité est sensiblement constante au cours du temps et ce même s’il est soumis à des utilisations prolongées et/ou successives.
Un autre objet de l’invention vise à proposer un nouveau système de stockage et de restitution de dihydrogène présentant un rendement optimisé, permettant ainsi le recours à un dimensionnement au plus juste selon la source de dihydrogène et son utilisation.
Un autre objet de l’invention vise à proposer un nouveau système de stockage et de restitution de dihydrogène particulièrement efficace, adapté et peu encombrant pour le stockage et la restitution de quantités de dihydrogène, et par extension d’énergie, à l’échelle industrielle.
Un autre objet de l’invention vise à proposer un nouveau système de stockage et de restitution de dihydrogène de conception robuste et qui autorise la gestion de grandes quantités de dihydrogène, et par extension d’énergie.
Un autre objet de l’invention vise à proposer un nouveau système de stockage et de restitution de dihydrogène dont le coût d’entretien est réduit.
Les objets assignés à l’invention sont atteints à l’aide d’un procédé de stockage et de restitution de dihydrogène, comprenant au moins :
- une étape de génération d’hydrogène par déshydrogénation de groupements hydroxyles du dipropylène glycol en des groupements carbonyles respectifs, afin de générer un substrat déshydrogéné et du dihydrogène gazeux, et
- une étape de régénération d’au moins une partie du dipropylène glycol, par hydrogénation desdits groupements carbonyles en groupements hydroxyles respectifs à l’aide de dihydrogène gazeux.
- une étape de génération d’hydrogène par déshydrogénation de groupements hydroxyles du dipropylène glycol en des groupements carbonyles respectifs, afin de générer un substrat déshydrogéné et du dihydrogène gazeux, et
- une étape de régénération d’au moins une partie du dipropylène glycol, par hydrogénation desdits groupements carbonyles en groupements hydroxyles respectifs à l’aide de dihydrogène gazeux.
Les objets assignés à l’invention sont également atteints à l’aide d’un système de stockage et de restitution de dihydrogène, comprenant au moins :
- un module de génération d’hydrogène conçu pour déshydrogéner des groupements hydroxyles de dipropylène glycol en des groupements carbonyles respectifs de manière à générer un substrat déshydrogéné et du dihydrogène gazeux, et
- un module de régénération d’au moins une partie du dipropylène glycol, conçu pour hydrogéner lesdits groupements carbonyles en groupements hydroxyles respectifs à l’aide de dihydrogène gazeux.
- un module de génération d’hydrogène conçu pour déshydrogéner des groupements hydroxyles de dipropylène glycol en des groupements carbonyles respectifs de manière à générer un substrat déshydrogéné et du dihydrogène gazeux, et
- un module de régénération d’au moins une partie du dipropylène glycol, conçu pour hydrogéner lesdits groupements carbonyles en groupements hydroxyles respectifs à l’aide de dihydrogène gazeux.
Les objets assignés à l’invention sont en outre atteints à l’aide d’un ensemble intégré comprenant le système de stockage et de restitution de dihydrogène tel que précédemment décrit, et un véhicule automobile dont la propulsion nécessite du dihydrogène, le module de génération d’hydrogène du système de stockage et de restitution étant embarqué par le véhicule automobile pour fournir à ce dernier au moins une partie du dihydrogène nécessaire à sa propulsion.
D’autres particularités et avantages de l’invention apparaîtront et ressortiront plus en détail à la lecture de la description faite ci-après, en référence aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d’exemples illustratifs et non limitatifs, dans lesquels :
Comme illustré aux figures, l'invention concerne, selon un premier aspect, un procédé de stockage et de restitution de dihydrogène. L'invention concerne également en tant que tel, selon un second aspect également illustré aux figures, un système de stockage et de restitution de dihydrogène 1, de préférence conçu pour fonctionner selon le procédé de stockage et de restitution de dihydrogène mentionné ci-avant, et décrit plus en détail ci-après. De façon préférentielle, la description qui suit concernant le système de stockage et de restitution de dihydrogène 1 s’applique également au procédé de stockage et de restitution de dihydrogène selon l’invention, et inversement.
Selon l’invention, le procédé de stockage et de restitution de dihydrogène comprend au moins une étape de génération d’hydrogène G par déshydrogénation de groupements hydroxyles du dipropylène glycol DG en des groupements carbonyles respectifs, afin de générer un substrat déshydrogéné SDet du dihydrogène gazeux H2. Ainsi, selon le deuxième aspect de l’invention, le système de stockage et de restitution de dihydrogène 1 comprend au moins un module de génération d’hydrogène 2 conçu pour déshydrogéner des groupement hydroxyles de dipropylène glycol en des groupements carbonyles respectifs de manière à générer un substrat déshydrogéné SDet du dihydrogène gazeux H2. Bien évidemment, l’étape de génération G est préférentiellement réalisée au sein dudit module de génération 2. La déshydrogénation mentionnée ci-avant se comprend avantageusement comme une réaction de déshydrogénation chimique, laquelle est éventuellement catalytique, comme on le verra plus tard. L’expression «génération d’hydrogène» peut bien évidemment se comprendre comme signifiant «génération de dihydrogène».
Selon l’invention, le procédé comprend en outre une étape de régénération R d’au moins une partie du dipropylène glycol DG, par hydrogénation desdits groupements carbonyles en groupements hydroxyles respectifs à l’aide de dihydrogène gazeux H2. Ainsi, selon le deuxième aspect de l’invention, le système de stockage et de restitution de dihydrogène comprend en outre un module de régénération 3 d’au moins une partie du dipropylène glycol DG. Ledit module de régénération 3 est conçu pour hydrogéner lesdits groupements carbonyles en groupements hydroxyles respectifs à l’aide de dihydrogène gazeux H2. Bien évidemment, l’étape de régénération R est préférentiellement réalisée au sein dudit module de régénération 3. L’hydrogénation mentionnée ci-avant se comprend avantageusement comme une réaction d’hydrogénation chimique, laquelle est éventuellement catalytique, comme on le verra plus tard.
L’invention permet en particulier d’éviter de devoir stocker et transporter du dihydrogène H2seul, car c’est, à température ambiante, un gaz difficile, voire dangereux, à manipuler, à stocker et à transporter. Habituellement, dans les utilisations courantes du dihydrogène, le stockage et le transport de ce composé est réalisé :
- sous forme liquide, par cryogénie, ce qui est en soi assez coûteux en énergie de refroidissement : il est nécessaire d’abaisser la température du dihydrogène H2jusqu’à environ - 252°C ; il est alors possible de stocker 6,66 kg de dihydrogène H2dans un volume de 100 L (récipient cryogénique) ; ou
- sous forme gazeuse, à une pression élevée généralement comprise entre 300 et 700 bars ; il est alors possible dans ces conditions de stocker jusqu’à 4 kg de dihydrogène H2dans un volume de 100 L.
- sous forme liquide, par cryogénie, ce qui est en soi assez coûteux en énergie de refroidissement : il est nécessaire d’abaisser la température du dihydrogène H2jusqu’à environ - 252°C ; il est alors possible de stocker 6,66 kg de dihydrogène H2dans un volume de 100 L (récipient cryogénique) ; ou
- sous forme gazeuse, à une pression élevée généralement comprise entre 300 et 700 bars ; il est alors possible dans ces conditions de stocker jusqu’à 4 kg de dihydrogène H2dans un volume de 100 L.
Ces deux dernières méthodes de stockage de dihydrogène H2, la cryogénie (dihydrogène liquide) et la pressurisation (dihydrogène gazeux), présentent des inconvénients évidents dont leur coût, notamment énergétique, et les risques associés à leur manipulation et stockage, qui nécessitent donc des infrastructures et véhicules spécifiques pour stocker, transporter et distribuer le dihydrogène liquide refroidi ou gazeux pressurisé, par exemple des moyens de refroidissement lourds, un contenant frigorifique à très haute isolation, des bonbonnes supportant de très hautes pressions, des moyens de stockage sous pression complexes, etc. Le dihydrogène liquide refroidi, par exemple, est notamment utilisé en tant que combustible pour le décollage de navettes spatiales, mais son utilisation massive reste évidemment très difficile à mettre en œuvre au regard des contraintes physiques imposées (très basse température, récipient cryogénique, risques liés à la sécurité des biens et personnes et moyens de protection associés, dépenses d’énergie pour le refroidissement, etc.). Le système 1 et le procédé de l’invention permettent ainsi de stocker du dihydrogène H2sous forme chimique de manière tout à fait efficace et compétitive en regard des capacités de stockage comparée à celles de cryogénie et la pressurisation du dihydrogène.
L’invention permet avantageusement de stocker et éventuellement de transporter du dihydrogène H2sous une chimique stable (liquide), c’est-à-dire sous forme de dipropylène glycol DG (et plus précisément des groupements hydroxyles de ce dernier), en attendant que le dihydrogène H2soit généré sous forme gazeuse lors de ladite étape de génération DG, pour ensuite être utilisé, par exemple, dans un moteur de véhicule ou une turbine d’une centrale électrique, comme on le verra plus tard. En effet, le dipropylène glycol DG peut non seulement être aisément stocké et transporté sous forme liquide à température ambiante et à pression atmosphérique, mais il constitue en outre un produit non agressif, peu irritant, présentant une très faible toxicité et est quasiment sans odeur, autorisant ainsi une conservation (et un éventuel transport) peu contraignante du dihydrogène H2, ce dernier étant virtuellement contenu «au sein» du dipropylène glycol DG qui lui sert en substance de support liquide stable. Par ailleurs, le dipropylène glycol DG est très peu polluant et présente à ce titre un très faible risque pour l’environnement, même en cas de relâche accidentel de ce composé. Le dipropylène glycol DG présente en outre des points d’ébullition et de fusion qui le rendent extrêmement facile à stocker et à transporter dans une grande variété de conditions de température ambiante (extérieure en particulier), notamment par grand froid ou forte chaleur, sans risque de geler par exemple. Par exemple, à pression atmosphérique, le point d’ébullition du dipropylène glycol DG est d’environ 230°C(+/-3°C), tandis que son point de fusion est d’environ -39°C(+/-2°C), une légère variation étant possible (mais éventuellement plus importante que celle mentionnée) selon la répartition des isomères et la pureté du produit. En d’autres termes, le système 1 et le procédé de l’invention permettent d’utiliser de manière avantageuse le dihydrogène H2 en tant que vecteur d’énergie sous la forme de dipropylène glycol DG.
Par ailleurs, le dipropylène glycol DG mis en œuvre dans le cadre de l’invention est avantageusement un produit commercialisé en grandes quantités, qu’il est particulièrement facile de se procurer à des coûts compétitifs et donc maîtrisés. Le dipropylène glycol DG est de préférence formé par un mélange des isomères suivants : le 1,1′-oxydi-2-propanol, le 2-(2-hydroxypropoxy)-1-propanol, et le 2,2′-oxydi-1-propanol. Un tel mélange de trois isomères représente typiquement du dipropylène glycol DG qu’on trouve couramment dans le commerce. Le dipropylène glycol DG est ainsi avantageusement issu d’une réaction entre du propane-1,2-diol (dit aussi propylène glycol) et du 1,2-époxypropane (dit aussi méthyloxirane), au cours d’une étape de synthèse faisant éventuellement partie dudit procédé.
De façon avantageuse, comme illustré à la figure 2, le système 1 comprend un premier moyen de stockage 4 conçu pour stocker le dipropylène glycol DG destiné à être consommé lors de ladite étape de génération G, au sein du module de génération 2. Avantageusement, le système 1 comprend par ailleurs un deuxième moyen de stockage 5 conçu pour stocker le substrat déshydrogéné SDissu du module de génération 2, et destiné à être consommé lors de ladite étape de régénération R, au sein du module de régénération 3. Bien évidemment, le premier moyen de stockage 4 est de préférence en outre conçu pour stocker le dipropylène glycol DG régénéré lors de ladite étape de régénération R, au sein du module de régénération 3. Une telle configuration permet de disposer de stocks «tampons» dudit substrat déshydrogéné SDet dudit dipropylène glycol DG.
Selon un premier mode de réalisation, lesdits groupements hydroxyles sont de type alcool secondaire, et lesdits groupements carbonyles sont de type cétone. Avantageusement, les groupements carbonyles de type cétone du substrat déshydrogéné SDsont obtenus à partir de la déshydrogénation au moins des deux groupements hydroxyles de type alcool secondaire du 1,1′-oxydi-2-propanol et du 2-(2-hydroxypropoxy)-1-propanol (qui en a un seul), le 2,2′-oxydi-1-propanol n’ayant pas de groupement hydroxyle de type alcool secondaire, mais seulement deux groupements hydroxyles de type alcool primaire.
De préférence, le 1,1′-oxydi-2-propanol est l’isomère dominant du dipropylène glycol DG, et de préférence constitue au moins 40% en poids du dipropylène glycol DG, plus préférentiellement au moins 60% en poids du dipropylène glycol DG, encore plus préférentiellement au moins 80% en poids du dipropylène glycol DG, les autres isomères formant la quasi-totalité ou la totalité du reste. De manière particulièrement avantageuse, lors de ladite étape de génération d’hydrogène G, de préférence au sein dudit module de génération 2, l’isomère principal du dipropylène glycol, le 1,1′-oxydi-2-propanol, voit ses deux groupements hydroxyles être déshydrogénés en deux groupements carbonyles respectifs. Chaque molécule de 1,1′-oxydi-2-propanol subit donc avantageusement une déshydrogénation de façon à ce qu’il fournisse deux molécules de dihydrogène. Le 1,1′-oxydi-2-propanol se déshydrogène donc de préférence en 1,1'-oxydiacétone (appelé aussi 1,1'-oxybis(propan-2-one), ou encore 1-(2-oxo-propoxy)-propan-2-one). Ainsi, préférentiellement, lors de ladite étape de régénération R du dipropylène glycol DG, de préférence au sein dudit module de régénération 3, le substrat déshydrogéné SDvoit ses deux groupements carbonyles de type cétone être hydrogénés en deux groupements hydroxyles respectifs de type alcool secondaire. La dépense énergétique globale, pour une telle déshydrogénation du 1,1′-oxydi-2-propanol en 1,1'-oxydiacétone (et plus globalement en substrat déshydrogéné SD) par le module de génération 2 au cours de l’étape de génération G, et pour une telle hydrogénation du 1,1'-oxydiacétone en 1,1′-oxydi-2-propanol par le module de régénération 3 au cours de l’étape de régénération R, est relativement faible.
Selon une alternative particulière du premier mode de réalisation susmentionné, lesdits groupements hydroxyles sont seulement de type alcool secondaire, et lesdits groupements carbonyles sont seulement de type cétone. En d’autres termes, selon cette alternative, lors de l’étape de génération G, au sein du module de génération 2, les seuls groupements hydroxyles à se déshydrogéner en groupements carbonyles respectifs sont de type alcool secondaire (et non primaire), et lors de l’étape de génération G, au sein du module de génération 2, les seuls groupements carbonyles à se déshydrogéner en groupements hydroxyles respectifs sont de type cétone (et non aldéhyde).
Ainsi, selon un mode de réalisation particulier, lors de ladite étape de génération d’hydrogène G, de préférence au sein du module de génération 2, l’isomère 2-(2-hydroxypropoxy)-1-propanol du dipropylène glycol DG voit son groupement carbonyle de type cétone être hydrogéné en groupement hydroxyle, tandis que son groupement carbonyle de type aldéhyde ne réagit pas. L’isomère 2-(2-hydroxypropoxy)-1-propanol se déshydrogène par exemple en l’isomère 2-(2-hydroxypropoxy)-propanone. De préférence, lors de ladite étape de génération d’hydrogène, préférentiellement au sein du module de génération 2, l’isomère 2,2′-oxydi-1-propanol du dipropylène glycol ne réagit pas (en d’autres termes, ses deux groupements carbonyle de type aldéhyde ne s’hydrogènent pas en groupements hydroxyles de type alcool primaire).
Selon un mode de réalisation particulier, le procédé de stockage et de restitution de dihydrogène comprend, après ladite étape de génération d’hydrogène G et avant ladite étape de régénération R, une étape de division (non illustrée) du substrat déshydrogéné SDen plusieurs fractions, chaque fraction de substrat déshydrogéné étant issue de la déshydrogénation ou de la non-déshydrogénation d’un isomère respectif différent du dipropylène glycol lors de ladite étape de génération G. Ainsi, le système 1 comprend avantageusement, selon ce mode de réalisation particulier, des moyens permettant de diviser (c’est-à-dire séparer) le substrat déshydrogéné SDen plusieurs chacune issue de la déshydrogénation ou de la non-déshydrogénation d’un isomère respectif différent du dipropylène glycol DG. Ces moyens de divisions comprennent par exemple une colonne de distillation fractionnée. Par exemple, selon un mode de réalisation particulier déjà mentionné, le 1,1′-oxydi-2-propanol, le 2-(2-hydroxypropoxy)-1-propanol, et le 2,2′-oxydi-1-propanol sont chacun déshydrogénés à des niveaux respectifs différents lors de ladite étape de génération G, le 1,1′-oxydi-2-propanol voyant ses deux groupements carbonyles (de type cétone) déshydrogénés en deux groupements hydroxyles (de type alcool secondaire), le 2-(2-hydroxypropoxy)-1-propanol voyant un seul groupement carbonyle (de type cétone) déshydrogéné en un groupement hydroxyle (de type alcool secondaire), tandis que le 2,2′-oxydi-1-propanol ne voit aucun de ses groupements hydroxyles être déshydrogéné. Les différentes fractions peuvent être séparées en particulier grâce à leur différents points d’ébullition respectifs. La fraction issue d’un ou des isomères les moins déshydrogénés et/ou non déshydrogénés peuvent ensuite être transférées, ailleurs que dans le module de régénération 3, c’est-à-dire ne pas subir l’étape de régénération R, de sorte que lors de ladite étape de régénération R, au sein dudit module de régénération 3, le substrat déshydrogéné SDrégénéré est composé principalement de l’isomère issu de l’isomère le plus déshydrogéné lors de ladite étape de génération G, à savoir, de manière avantageuse, le 1,1′-oxydi-2-propanol (déshydrogéné en oxydiacétone). Il est donc tout à fait possible que le dipropylène glycol DG utilisé initialement subisse en quelques sortes une «purification» après avoir été déshydrogéné puis régénéré, de façon à conserver le ou les isomères les plus efficaces dans le stockage du dihydrogène H2, c’est-à-dire le ou les isomères qui se déshydrogènent le plus lors de ladite étape de génération G. Le dipropylène glycol DG peut donc très bien différer entre celui qui est utilisé initialement pour subir une première déshydrogénation lors d’une première étape de génération G, et qui contient de préférence un mélange d’isomères, et celui qui est généré par hydrogénation lors de l’étape de régénération R, et qui contient en quasi-totalité un seul isomère (ou alternativement pratiquement seulement deux isomères). L’étape de division peut se révéler particulièrement avantageuse pour conserver le ou les isomères du dipropylène glycol DG les plus efficaces pour le «stockage chimique» de dihydrogène H2tout en récupérant les autres isomères, éventuellement valorisables sous forme par exemple de polymère.
Alternativement, lors de ladite étape de génération G, de préférence au sein du module de génération 2, tous les groupements hydroxyles des différents isomères du dipropylène glycol DG, qu’ils soient de type cétone ou aldéhyde, sont déshydrogénés en groupements carbonyles respectifs.
Par exemple, lors de ladite étape de génération G, au sein du module de génération 2, la déshydrogénation est réalisée à une température comprise entre 120°C et 300 °C, de préférence entre 160°C et 260°C, à pression soit atmosphérique, soit comprise entre 1 et 5 bars, soit comprise entre 5 et 10 bars. De façon préférentielle, le dipropylène glycol DG présente une température d’ébullition sensiblement supérieure à celle du substrat déshydrogéné SD, et va pouvoir s’échapper plus facilement, avec le dihydrogène H2ainsi formé, du module de génération 2 de déshydrogénation 10, lors de l’étape de génération G. Le module de génération 2 comprend avantageusement tous les équipements appropriés pour réaliser une telle déshydrogénation (en particulier catalytique), par exemple au moins un réacteur de déshydrogénation, un moyen de chauffage, un moyen de purification et/ou de séparation des composés en sortie/fin de réaction, un moyen de recueil et d’évacuation du substrat déshydrogéné SD, etc. De manière globale, le module de génération 2 présente de préférence en entrée le dipropylène glycol DG à l’état liquide (issu directement du module de régénération 3 ou via le premier moyen de stockage 4 par exemple), et en sortie le substrat déshydrogéné SDainsi formé, de préférence à l’état gazeux, et le dihydrogène H2 généré, à l’état gazeux. Avantageusement, la déshydrogénation de l’étape de génération G est réalisée dans des conditions plus douces que l’hydrogénation de l’étape de régénération R, par exemple sous pression atmosphérique ou légèrement supérieure, par exemple entre 2 à 5 bars à l’intérieur dudit module de génération 2.
De préférence, le système 1 comprend en outre des moyens de séparation du substrat déshydrogéné SDet du dihydrogène H2générés au sein dudit module de génération 2. Ainsi, le procédé comprend avantageusement, une étape de séparation S du substrat déshydrogéné SDet du dihydrogène H2générés pendant ladite étape de génération G. Par exemple, lesdits moyens de séparation comprennent au moins une unité de refroidissement 6, de façon que, au cours de ladite étape de séparation S, le dihydrogène gazeux H2et le substrat déshydrogéné SDgénérés par ledit module de génération 2 (de préférence tous deux à l’état gazeux) soient séparés l’un de l’autre, le substrat déshydrogéné SDétant ainsi condensé par refroidissement pour devenir liquide pendant que le dihydrogène H2reste gazeux.
Par exemple, lors de ladite étape de régénération R, au sein du module de régénération 3, l’hydrogénation est réalisée à une température comprise entre 100 et 280°C, de préférence comprise entre 120°C et 260°C, plus préférentiellement comprise entre 140°C et 240°C, à une pression avantageusement comprise entre 5 et 150 bars, plus avantageusement comprise entre 10 et 90 bars. Selon un exemple compatible avec ce qui précède, lors de l’étape de régénération R, au sein dudit module de régénération 3, l’hydrogénation s’effectue de manière continue avec des catalyseurs disposés en lit fixe, et selon un régime triphasique à cocourant descendant.
Selon un mode avantageux de l’invention, les étapes de génération et de régénération sont réalisées à l’aide d’un ou plusieurs catalyseurs, de préférence métalliques, par exemple à base de nickel et/ou de ruthénium. Ainsi, de manière avantageuse, l’étape de génération inclut une déshydrogénation catalytique du dipropylène glycol DG, tandis que l’étape de régénération inclut une hydrogénation catalytique du substrat déshydrogéné SD. Lesdits modules de génération 2 et de régénération 3 contiennent donc de préférence un ou plusieurs catalyseurs, en particulier métalliques, par exemple à base de nickel et/ou de ruthénium. Des catalyseurs très variés peuvent être utilisés aussi bien lors de la déshydrogénation que de l’hydrogénation, dont ceux à base de nickel et de ruthénium déposés sur un support en charbon actif, ces catalyseurs ayant optionnellement été dopés par de très faibles quantités de platine (inférieure à 0,2% en poids notamment) pour améliorer leur activité. La sélectivité de la réaction d’hydrogénation est préférentiellement très élevée, et notamment supérieure à 99%. La déshydrogénation catalytique comprend avantageusement une réaction d’oxydation du dipropylène glycol DG, tandis que l’hydrogénation catalytique comprend de préférence une réaction de réduction par le dihydrogène H2du substrat déshydrogéné SD. La déshydrogénation catalytique peut s’écrire DG + catalyseur → SD+ H2+ catalyseur, et l’hydrogénation catalytique peut s’écrire SB+ H2+ catalyseur → DG + catalyseur.
De façon avantageuse, lors de ladite étape de génération d’hydrogène G, de préférence au sein du module de génération 2, le substrat déshydrogéné SDest également à l’état gazeux. Plus avantageusement, lors de l’étape de génération G, le substrat déshydrogéné SD, sous forme gazeuse, est évacué au fur et à mesure de l’avancement de la déshydrogénation, en même temps que le dihydrogène gazeux H2. Ledit module de génération d’hydrogène 2 est donc préférentiellement conçu pour évacuer le dipropylène glycol DG régénéré, sous forme gazeuse, au fur et à mesure de l’avancement de la déshydrogénation, en même temps que le dihydrogène H2régénéré, également sous forme gazeuse. Une telle configuration permet notamment d’améliorer l’avancement et/ou la vitesse de la déshydrogénation. De façon avantageuse, lors de ladite étape de génération G, au sein du module de génération 2, le dihydrogène H2généré d’une part, et le substrat déshydrogéné SDgénéré d’autre part, quittent par évaporation le milieu réactionnel liquide à la fois pour déplacer l’équilibre de la réaction et éviter l’effet inhibiteur des éventuelles fonctions cétones du substrat déshydrogéné SDsur le catalyseur.
Selon un mode de réalisation particulier, ledit procédé et ledit système 1 sont destinés à permettre la gestion de dihydrogène formé à l’aide d’énergie renouvelable (ou toute autre source) relevant par exemple d’une production intermittente et/ou irrégulière, ce qui est bien entendu également valable pour le procédé de stockage et de restitution de l’invention. En effet, pour des raisons économiques évidentes de risque de pénurie et écologiques liées à la pollution notamment carbonée, des recherches sont actuellement réalisées pour substituer au moins une partie des sources d’énergie dites «non renouvelables», par des sources d’énergie dites «renouvelables», c’est-à-dire que la nature renouvelle relativement rapidement à l’échelle humaine, et qui par ailleurs présentent une exploitation bien moins polluante, mais bien souvent intermittente et/ou irrégulière. Ainsi, le système 1 et le procédé de l’invention sont adaptés pour la gestion, c’est-à-dire en particulier le stockage et le transport, de dihydrogène formé à l’aide de tout type d’énergie, et en particulier d’énergie renouvelable.
Ainsi, le procédé comprend par exemple en outre une étape de production P de dihydrogène H2à l’état gazeux à l’aide d’une énergie renouvelable Er, de manière à ce que cet hydrogène H2produit soit utilisé pendant ladite étape de régénération R. De manière préférée, le système de stockage et de restitution de dihydrogène 1 comprend un module de production 7 de dihydrogène H2à l’état gazeux, conçu pour fonctionner à l’aide d’énergie renouvelable Eret pour alimenter en dihydrogène H2ledit module de génération 2. Par exemple, l’énergie renouvelable Erest du type à production intermittente (c’est-à-dire avec une production qui peut être nulle à certains moments) et/ou irrégulière (c’est-à-dire avec une production qui généralement varient significativement dans le temps), telle que l’énergie solaire ou éolienne, ou encore telle que l’énergie géothermique ou l’énergie hydraulique et notamment des énergies hydroélectriques telles que les énergies hydrolienne, marémotrice, osmotique et houlomotrice. Le système 1 et le procédé sont donc selon ce dernier exemple conçus pour être mis en œuvre grâce à ladite énergie renouvelable Er, laquelle est par exemple générée sous forme électrique, thermique et/ou mécanique, et présente un caractère irrégulier, variable, voire discontinu ou intermittent au cours du temps. Ladite énergie renouvelable Erpeut alternativement être de type à production régulière et/ou maîtrisée, comme l’énergie issue de la biomasse. Selon un exemple particulier, le système 1 de l’invention comprend en tant que tel une unité de génération d’énergie renouvelable à production intermédiaire et/ou irrégulière 8, ladite unité 8 étant conçue pour alimenter au moins ledit module de production 7 (et éventuellement lesdits modules de génération 2 et de régénération 3) en énergie renouvelable Er. Ladite unité 8 comprend par exemple une ou plusieurs éoliennes 8, comme illustré à la figure 2. Ladite énergie renouvelable Erest donc selon une alternative avantageuse issue d’une énergie à production intermittente et/ou irrégulière, comme l’énergie solaire (d’origine thermique, thermodynamique ou photovoltaïque notamment) ou l’énergie éolienne (d’origine mécanique notamment).
Ainsi, le procédé et le système 1 de l’invention permettent à la fois l’accumulation aisée de dihydrogène (sous une forme liquide, transformée chimiquement, stable : le dipropylène glycol DG), en particulier régénéré à l’aide de ladite énergie renouvelable Er, et la génération dudit dihydrogène H2lorsqu’il nécessite d’être consommé pour alimenter par exemple le réseau électrique, mais aussi par exemple un véhicule de type camion (poids-lourd), voiture, train, bateau, etc. ou toute autre structure nécessitant un apport d’énergie (en particulier électrique, mais pas uniquement) pour fonctionner, par exemple une bornes de chargement pour voitures à hydrogène. Ainsi, les modules de génération 2 et de régénération 3 sont avantageusement liés directement l’un à l’autre pour générer, dès qu’il y a un pic de production et/ou un creux de consommation d’énergie renouvelable à production intermittente et/ou irrégulière, du dihydrogène H2«stocké» de façon stable sous forme de dipropylène glycol DG, régénéré à partir de substrat déshydrogéné SD. Le dipropylène glycol DG ainsi régénéré peut alors être éventuellement transféré ou transporté en toute sécurité jusqu’au module de génération 2 au sein duquel il sera déshydrogéné pour permettre la récupération du dihydrogène H2sous forme gazeuse, lorsqu’il y a besoin de consommer cette énergie (par exemple dès qu’il y a un creux de production et/ou un pic de consommation d’énergie renouvelable à production intermittente et/ou irrégulière). Le système 1 et le procédé de l’invention permettent donc avantageusement de stocker, transporter et redistribuer de manière simple, efficace et facile le dihydrogène H2produit au moyen d’énergies renouvelables sous forme liquide stable, ledit liquide stable étant en particulier le dipropylène glycol DG qui peut être régénéré indéfiniment à partir de l’hydrogénation du substrat déshydrogéné SD, autant de fois qu’il est nécessaire, avec très peu de perte sur le système 1, formant ainsi un cycle chimique dont les seules entrées et sorties globales sont le dihydrogène H2et surtout l’énergie issue de sources renouvelables (ainsi qu’éventuellement une fraction de substrat déshydrogéné SDissue d’une faible hydrogénation ou d’une non-hydrogénation d’un ou plusieurs des isomères du dipropylène glycol DG). L’idée générale de l’invention est ainsi de transformer le dipropylène glycol DG en substrat déshydrogéné SDet dihydrogène H2afin d’utiliser ce dernier en tant que vecteur d’énergie propre, puis de régénérer le dipropylène glycol DG, en particulier à l’aide d’une énergie renouvelable Erà production sensiblement intermittente et/ou irrégulière (mais pas obligatoirement). Une telle configuration permet de faciliter l’accumulation du dipropylène glycol DG en toutes circonstances, que la production d’énergie (et par extension de dihydrogène) soit régulière ou non, et ce de façon facile et sûre, puisque le dipropylène glycol DG se conserve très facilement, à l’état liquide, à température ambiante et pression atmosphérique. Grâce à l’invention, le dihydrogène H2(et par extension l’énergie) qui n’est immédiatement consommé(e) se retrouve avantageusement «stocké(e) chimiquement» sous forme de dipropylène glycol DG.
Par exemple, ladite étape de production P comprend une électrolyse de l’eau, au cours de laquelle la réaction suivante se déroule : 2H2O → 2H2+ O2. Ainsi, le module de génération 2 est de préférence équipé pour réaliser en son sein une électrolyse de l’eau, c’est-à-dire une décomposition d’eau liquide en dihydrogène gazeux H2et dioxygène O2, également gazeux, comme décrit précédemment. Le module de production 7 comprend notamment avantageusement, de façon connue en tant que telle, une anode 9, une cathode 10, au moins un électrolyte (par exemple du sulfate de sodium), et une cuve 11 dans laquelle sont placés lesdits électrolyte, anode 9 et cathode 10 (partiellement pour ces deux derniers), et de l’eau. L’éolienne 8 illustrée à la figure 2 vient alors, dans ce mode de réalisation, alimenter en électricité le module de production 7 pour réaliser l’électrolyse de l’eau. Au cours de l’électrolyse de l’eau, le dioxygène O2et le dihydrogène H2sont séparés de manière avantageuse sans effort particulier, le dioxygène O2étant formé et évacué au niveau de l’anode 9 tandis que le dihydrogène H2est formé et évacué au niveau de la cathode 10. L’électrolyse de l’eau mentionnée ci-avant permet en particulier de générer du dihydrogène H2à partir d’énergie électrique, et dans le cadre de l’invention, à partir d’électricité provenant de préférence d’une source d’énergie renouvelable Er. Selon un autre exemple que l’électrolyse, le dihydrogène H2est généré au sein du module de production 7, lors de l’étape de production P, par gazéification de la biomasse. Ceci permet de générer principalement du dihydrogène H2sans émission de gaz carboné d’origine fossile. On parle alors avantageusement de vecteur d’énergie décarboné d’un point de vue fossile, qui n’impacte donc pas l’effet de serre. Alternativement, le dihydrogène H2est généré au sein du module de production 7, lors de l’étape de production P, à l’aide d’une réaction de vapocraquage de méthane, comme coproduit du dioxyde de carbone.
Le système 1 et le procédé de l’invention sont particulièrement bien adaptés pour être mis en œuvre au moment des pics de production d’énergie (de préférence renouvelable) et/ou des creux de consommation d’un éventuel réseau électrique, afin de stocker le dihydrogène H2généré grâce à l’énergie en surplus. En particulier, la gestion de certaines énergies renouvelables à fort potentiel, par exemple les énergies solaire (notamment photovoltaïque ou thermique), éolienne, ou même hydraulique, est rendue difficile du fait du caractère par nature intermittent et/ou irrégulier, de leur production ou rendement, avec des pics et des creux de production souvent difficilement prévisibles, comme c’est le cas en particulier de l’énergie éolienne, dont les rendements varient de manière importante en fonction des conditions météorologiques. Ainsi, la production d’énergie renouvelable, sous forme électrique ou mécanique, est inégale et difficilement prévisible dans le temps, et ne correspond donc pas en général aux besoins instantanés, par exemple ceux d’un réseau électrique qu’elle doit alimenter. Il existe donc un besoin important de stocker les énergies renouvelables sans les consommer immédiatement, c’est-à-dire de les stocker pour une utilisation ultérieure. Ainsi, certaines énergies dites renouvelables ne suivent pas le même rythme que la consommation instantanée, c’est-à-dire la quantité d’énergie nécessaire à un instant donné pour alimenter par exemple une centrale électrique, une unité de production, ou un réseau électrique, qui présente des pics et des creux de consommationA contrario, certaines énergies renouvelables comme la biomasse ne présentent pas le même caractère irrégulier et/ou intermittent, et peuvent nécessiter d’être accumulées et redistribuées à volonté, avantageusement à l’aide d’un vecteur énergétique tel que le dihydrogène H2, comme le prévoit l’invention. Actuellement, en particulier lors des pics de production d’énergie renouvelable, le stockage de l’énergie non consommée immédiatement est généralement réalisé sous forme d’électricité au moyen de batteries d’accumulateurs. Ces dernières ont tendance à se dégrader à chaque utilisation, à perdre en efficacité de chargement dans le temps, même sans utilisation fréquente, en raison du phénomène de vieillissement des batteries, à se décharger seule dans le temps, et leur fabrication et éventuel(le) recyclage, revalorisation ou mise au rebut sont particulièrement complexes, coûteux et polluants, notamment en regard de la quantité d’énergie électrique qui peut y être stockée. Ces batteries, en raison même des irrégularités, à un instant donné, de production et de consommation des énergies renouvelables, sont constamment sollicitées pour stocker ou restituer lesdites énergies sous forme d’électricité, ce qui rend leur usure extrêmement rapide. Ainsi, les inconvénients mentionnés ci-avant démontrent que ces batteries ne sont pas adaptées, comme vecteur énergétique, à une utilisation massive et répétée dans le temps, comme cela est pourtant nécessaire par exemple pour l’alimentation de véhicules automobiles ou d’un réseau d’une centrale électrique. Les batteries d’accumulateurs électriques sont de surcroît particulièrement coûteuses et polluantes. Elles s’usent facilement et voient ainsi leurs performances se dégrader au fil du temps, en particulier si elles sont soumises à une utilisation répétée et/ou prolongée. De telles batteries sont donc difficilement adaptables industriellement à la gestion du stockage et de la redistribution de grandes quantités d’énergie, de surcroît produites et consommées de manière irrégulière, intermittente et/ou imprévisible. Ainsi, le système de stockage et de restitution de dihydrogène 1 et le procédé de l’invention permettent de répondre avantageusement à la double problématique d’une part du stockage, transport et déstockage (ou restitution) du dihydrogène et tant que vecteur énergétique et d’autre part (optionnellement) de la gestion des énergies renouvelables de tout type telles qu’issues de la biomasse, et même du type à production intermittente et/ou irrégulière, telles que l’énergie éolienne et l’énergie solaire.
Le procédé et le système 1 de l’invention permettent donc en particulier de «lisser», c’est-à-dire rendre stable et/ou contrôlable dans le temps, une production d’énergie considérée, avantageusement renouvelable et à production intermittente et/ou irrégulière, et ce grâce à la formation d’un stock «tampon» de dihydrogène H2sous forme liquide stable (dipropylène glycol DG), à sa consommation en temps voulu (fournissant ainsi le substrat déshydrogéné SD), et à sa régénération (sous forme de dipropylène glycol DG régénéré).
Le système 1, et notamment le module de génération 2, peut également être adapté pour consommer un autre type d’énergie, par exemple une énergie de source fossile ou nucléaire, mais il trouve son application la plus avantageuse dans l’application à une énergie renouvelable Er, notamment (mais pas que) à production intermittente et/ou irrégulière, comme exposé précédemment. En résumé, l’énergie permettant de générer le dihydrogène H2est par exemple de type renouvelable (à production intermittente/irrégulière, comme l’éolien, ou non, comme la biomasse), nucléaire ou fossile (l’énergie Erpeut également désigner de manière plus générale «l’énergie rentrante» Erutilisée par le système 1 et le procédé de l’invention).
De préférence, le système 1 comprend en outre un module de consommation 20 au sein duquel le dihydrogène H2généré issu du module de génération 2 est consommé de manière à fournir de l’énergie sous forme mécanique et/ou électrique, par exemple de façon à restituer au moins en partie ladite énergie renouvelable Ersous forme d’énergie mécanique et/ou électrique sortante Es. Ainsi, le procédé de stockage et de restitution de dihydrogène comprend en outre avantageusement une étape de consommation C du dihydrogène H2formé lors de ladite étape de génération 2 de manière à fournir de l’énergie sous forme mécanique et/ou électrique, par exemple de façon à restituer au moins en partie ladite énergie renouvelable Ersous forme d’énergie mécanique et/ou électrique. Avantageusement, lesdites étapes G, C, P, R, sont donc réalisées successivement afin de former un cycle de stockage d’énergie sous forme chimique et de redistribution d’énergie sous forme mécanique et/ou électrique.
Sur un véhicule, il est par exemple possible de générer du dihydrogène H2à l’aide de mini-générateurs réalisant la déshydrogénation du dipropylène glycol DG, afin d’alimenter une pile à hydrogène dudit véhicule en dihydrogène H2. Ainsi, selon un mode de réalisation particulier, le procédé de stockage et de restitution de dihydrogène comprend en outre une étape d’alimentation A, lors de laquelle du dihydrogène H2généré lors de ladite étape de génération G alimente un véhicule automobile 12 de manière à assurer la propulsion de ce dernier.
Selon un troisième aspect illustré à la figure 2, l’invention concerne également en tant que tel, un ensemble intégré 13 comprenant le système de stockage et de restitution de dihydrogène 1 tel que décrit précédemment, et un véhicule automobile 12 dont la propulsion nécessite du dihydrogène H2. De façon préférentielle, la description qui précède concernant le système 1 et le procédé s’applique également l’ensemble intégré 13 pour leurs éléments communs, et inversement.
Selon le troisième aspect de l’invention, le module de génération d’hydrogène 2 du système de stockage et de restitution 1 est embarqué par le véhicule automobile 12 pour fournir à ce dernier au moins une partie du dihydrogène H2nécessaire à sa propulsion. Ainsi, le véhicule 12 comprend avantageusement un moyen de propulsion nécessitant du dihydrogène H2pour fonctionner, tel une pile à combustible. Le module de consommation 20 de dihydrogène est donc ici préférentiellement formé par ledit moyen de propulsion, et l’énergie sortante Esest avantageusement l’énergie mécanique permettant la propulsion dudit véhicule 12.
De préférence, le dipropylène glycol DG devant être déshydrogéné par ledit module de génération d’hydrogène 2 est embarqué par ledit véhicule 12, par exemple au sein dudit premier moyen de stockage 4. Le substrat déshydrogéné SDpeut aussi être embarqué par ledit véhicule 12, par exemple au sein dudit deuxième moyen de stockage 5. Ainsi, le véhicule 12 de l’ensemble intégré 13 embarque avantageusement au moins :
- le module de génération d’hydrogène 2 ;
- les moyens de séparation, et notamment ladite unité de refroidissement 6 ;
- les premier et deuxième moyens de stockage 4, 5.
- le module de génération d’hydrogène 2 ;
- les moyens de séparation, et notamment ladite unité de refroidissement 6 ;
- les premier et deuxième moyens de stockage 4, 5.
L’ensemble intégré 13 comprend préférentiellement une station de rechargement, conçue pour recueillir le substrat déshydrogéné SDprovenant dudit véhicule 12, pour stocker le dipropylène glycol DG régénéré par le module de régénération 3 du système de stockage et de restitution 1, et pour fournir ledit véhicule automobile 12 en dipropylène glycol DG régénéré. Ladite station de rechargement peut éventuellement comprendre le module de régénération 3, et comprend de surcroît de préférence un troisième moyen de stockage permettant de stocker du dipropylène glycol DG régénéré.
En résumé, l’invention est en lien avec les problématiques de stockage du dihydrogène, de la gestion des énergies renouvelables y compris celles qui sont à production intermittentes, et vise en particulier à optimiser la gestion de l’électricité produite par des centrales confrontées à des demandes fluctuantes du réseau, mais également à répondre aux besoins de stockage stratégique d’énergie électrique (par exemple afin d’éviter les «blackout», pannes de courant géantes ou effondrement du réseau électrique), ainsi qu’aux besoins concernant le stockage et la consommation de dihydrogène embarqué sur des véhicules en tant que vecteur énergétique de demain.
Claims (18)
- Procédé de stockage et de restitution de dihydrogène, comprenant au moins :
- une étape de génération (G) d’hydrogène par déshydrogénation de groupements hydroxyles du dipropylène glycol (DG) en des groupements carbonyles respectifs, afin de générer un substrat déshydrogéné (SD) et du dihydrogène gazeux (H2), et
- une étape de régénération (R) d’au moins une partie du dipropylène glycol (DG), par hydrogénation desdits groupements carbonyles en groupements hydroxyles respectifs à l’aide de dihydrogène gazeux (H2). - Procédé de stockage et de restitution de dihydrogène selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les étapes de génération (G) et de régénération (R) sont réalisées à l’aide d’un ou plusieurs catalyseurs, de préférence métalliques, par exemple à base de nickel et/ou de ruthénium.
- Procédé de stockage et de restitution de dihydrogène selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que lors de ladite étape de génération (G) d’hydrogène, le substrat déshydrogéné (SD) est également à l’état gazeux.
- Procédé de stockage et de restitution de dihydrogène selon la revendication précédente, caractérisé en ce que lors de l’étape de génération (G), le substrat déshydrogéné (SD), sous forme gazeuse, est évacué au fur et à mesure de l’avancement de la déshydrogénation, en même temps que le dihydrogène gazeux (H2).
- Procédé de stockage et de restitution de dihydrogène selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdits groupements hydroxyles sont de type alcool secondaire, et lesdits groupements carbonyles sont de type cétone.
- Procédé de stockage et de restitution de dihydrogène selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lors de ladite étape de génération (G) d’hydrogène, l’isomère principal du dipropylène glycol (DG), le 1,1′-oxydi-2-propanol, voit ses deux groupements hydroxyles être déshydrogénés en deux groupements carbonyles respectifs.
- Procédé de stockage et de restitution de dihydrogène selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lors de l’étape de génération (G), les seuls groupements hydroxyles à se déshydrogéner en groupements carbonyles respectifs sont de type alcool secondaire (et non primaire).
- Procédé de stockage et de restitution de dihydrogène selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lors de ladite étape de génération (G) d’hydrogène, l’isomère 2,2′-oxydi-1-propanol du dipropylène glycol (DG) ne réagit pas.
- Procédé de stockage et de restitution de dihydrogène selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend, après ladite étape de génération (G) d’hydrogène et avant ladite étape de régénération (R), une étape de division du substrat déshydrogéné (SD) en plusieurs fractions, chaque fraction de substrat déshydrogéné étant issue de la déshydrogénation ou de la non-déshydrogénation d’un isomère respectif différent du dipropylène glycol (DG) lors de ladite étape de génération (G).
- Procédé de stockage et de restitution de dihydrogène selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend une étape de production (P) de dihydrogène (H2) à l’état gazeux à l’aide d’une énergie renouvelable (Er), de manière à ce que ce dihydrogène (H2) produit soit utilisé pendant ladite étape de régénération (R).
- Procédé de stockage et de restitution de dihydrogène (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend en outre une étape d’alimentation (A), lors de laquelle du dihydrogène (H2) généré lors de ladite étape de génération (G) alimente un véhicule automobile (12) de manière à assurer la propulsion de ce dernier.
- Système de stockage et de restitution de dihydrogène (1), comprenant au moins :
- un module de génération d’hydrogène (2) conçu pour déshydrogéner des groupement hydroxyles de dipropylène glycol (DG) en des groupements carbonyles respectifs de manière à générer un substrat déshydrogéné (SD) et du dihydrogène gazeux (H2), et
- un module de régénération (3) d’au moins une partie du dipropylène glycol (DG), conçu pour hydrogéner lesdits groupements carbonyles en groupements hydroxyles respectifs à l’aide de dihydrogène gazeux (H2). - Système de stockage et de restitution de dihydrogène (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit module de génération d’hydrogène (2) est conçu pour évacuer le substrat déshydrogéné, sous forme gazeuse, au fur et à mesure de l’avancement de la déshydrogénation, en même temps que le dihydrogène (H2), également sous forme gazeuse.
- Système de stockage et de restitution de dihydrogène (1) selon l’une quelconque des revendications 12 ou 13, caractérisé en ce que le dipropylène glycol (DG) est formé par un mélange des isomères suivants : le 1,1′-oxydi-2-propanol, le 2-(2-hydroxypropoxy)-1-propanol, et le 2,2′-oxydi-1-propanol.
- Système de stockage et de restitution de dihydrogène (1) selon l’une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé en ce qu’il comprend un module de production (7) de dihydrogène (H2) à l’état gazeux, conçu pour fonctionner à l’aide d’une énergie renouvelable (Er) et pour alimenter en dihydrogène (H2) ledit module de régénération.
- Ensemble intégré (13) comprenant le système de stockage et de restitution de dihydrogène selon l’une quelconque des revendications 12 à 15, et un véhicule automobile (12) dont la propulsion nécessite du dihydrogène (H2), le module de génération d’hydrogène (2) du système de stockage et de restitution (1) étant embarqué par le véhicule automobile (12) pour fournir à ce dernier au moins une partie du dihydrogène (H2) nécessaire à sa propulsion.
- Ensemble intégré (13) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le dipropylène glycol (DG) devant être déshydrogéné par ledit module de génération d’hydrogène (2) est embarqué par ledit véhicule.
- Ensemble intégré (13) selon la revendication 16 ou 17, caractérisé en ce qu’il comprend une station de rechargement, conçue pour recueillir le substrat déshydrogéné (SD) provenant dudit véhicule (12), pour stocker le dipropylène glycol (DG) régénéré par le module de régénération (3) du système de stockage et de restitution 1, et pour fournir ledit véhicule automobile en dipropylène glycol (DG) régénéré.
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