ATCO et l’Université de la Colombie-Britannique collaborent à un projet pilote visant à explorer le potentiel très prometteur de la pyrolyse du méthane pour la production décentralisée et propre d’hydrogène.
L’hydrogène est un élément important dans la quête d’un avenir carboneutre au Canada. Son attrait réside principalement dans sa polyvalence et ses qualités de combustion propre. Toutefois, la production à grande échelle de l’hydrogène en tant que carburant à faible taux d’émission n’est pas sans poser de problèmes. La majeure partie de l’hydrogène est actuellement produite à l’aide d’un procédé appelé reformage du méthane à la vapeur (RMV). Le RMV émet des volumes importants de CO2 et consomme de grandes quantités d’eau et d’énergie dans le processus de production. Le captage du carbone peut réduire les émissions, mais il augmenterait également le prix de l’hydrogène et n’est pas efficace à 100 %. L’électrolyse de l’eau est une autre méthode courante, mais elle est coûteuse et peut émettre encore plus de gaz à effet de serre que le RMV si l’électricité utilisée provient de sources non renouvelables.
Entre en jeu la pyrolyse du méthane, qui peut permettre de produire de l’hydrogène à partir du gaz naturel avec de faibles émissions et un seul sous-produit, soit le carbone solide, qui est facilement utilisable et de nature industrielle. En outre, l’amélioration des procédés ouvrirait la voie à une production décentralisée d’hydrogène.
Un projet pilote commun vise à prouver ce concept et à ouvrir la voie à une éventuelle production à grande échelle, en particulier là où le gaz naturel est abondant et relativement bon marché. Le distributeur de gaz ATCO Gas and Pipelines, en Alberta, collabore avec le groupe de recherche MéridaLabs de l’Université de la Colombie-Britannique pour construire une usine pilote de pyrolyse du méthane. Le projet se déroule sur le site d’ATCO à Fort Saskatchewan, en Alberta. Il s’agit d’un accord mutuellement bénéfique qui permettra d’approfondir les connaissances de l’industrie sur le potentiel très prometteur de la pyrolyse du méthane pour la production décentralisée d’hydrogène.
L’Université de la Colombie-Britannique / Mérida Labs collabore avec ATCO Gas and Pipelines afin de mettre à l’essai la méthode comme solution pour créer de l’hydrogène et du carbone solide plus efficacement et à moindre coût en vue de l’utiliser ou de le vendre pour la production de matériaux industriels. Les partenaires financiers du projet sont Alberta Innovates, Ressources naturelles Canada, le NGIF Industry Grants et le Clean Resource Innovation Network.
Le besoin d’avoir facilement accès à de l’hydrogène à faible taux d’émission permettant de produire de l’énergie de façon décentralisée constitue l’un des principaux moteurs du projet. Les préoccupations environnementales favorisent la recherche de méthodes de production telles que la pyrolyse du méthane, qui est actuellement l’une des solutions de rechange les plus prometteuses pour la production d’hydrogène avec des émissions de CO2 théoriquement nulles. Outre la réaction elle-même qui produit de l’hydrogène et du carbone solide, la source d’énergie choisie pour ce processus endothermique peut également contribuer à réduire l’impact sur l’environnement. Jusqu’à présent, la plupart des chercheurs ont utilisé des sources non renouvelables reposant sur la combustion de combustibles fossiles ou le chauffage électrique. Bien qu’elle ne fasse pas partie de ce projet, l’énergie solaire concentrée, par exemple, n’a pas encore été étudiée pour la pyrolyse. Elle est cependant prometteuse pour améliorer davantage la durabilité de la production d’hydrogène à partir de cette méthode.
En théorie, le processus est assez simple. La pyrolyse est définie comme la décomposition du gaz naturel à des températures élevées en l’absence d’oxygène. Elle diffère donc des méthodes traditionnelles de production d’hydrogène.
Voici comment cela fonctionne. Le gaz naturel est acheminé dans un gazoduc vers un appareil de l’usine appelé réacteur de pyrolyse. Le métal fondu refroidi passe du réacteur au réservoir de recirculation, qui est chauffé par un brûleur au gaz naturel ou des radiateurs électriques, avant de revenir sous forme de métal fondu chauffé. De là, l’hydrogène, le carbone solide et le gaz naturel n’ayant pas réagi sont envoyés dans le refroidisseur de gaz, où ils sont acheminés vers le silo de stockage du carbone solide et le filtre à poussière. Les mélanges de gaz naturel et d’hydrogène poursuivent leur cheminement, et seront, pour les besoins de l’essai, incinérés. Le carbone solide est mis à disposition dans le silo de stockage et le filtre à poussière.
Le procédé breveté peut se prévaloir de plusieurs avantages et incidences positives, notamment par rapport aux méthodes traditionnelles de production d’hydrogène. Pour produire 1 kg d’hydrogène par pyrolyse du méthane, il ne faut que 4 kg de méthane et 0,042 GJ de chaleur industrielle. Cette approche rationalisée permet non seulement d’optimiser l’utilisation des ressources, mais aussi de réduire d’au moins 70 % les émissions de CO2 par rapport au RMV sans captage du carbone. La pyrolyse du méthane ne consomme pas d’eau; elle réduit l’impact sur l’environnement grâce à la production d’hydrogène à faible taux d’émission puisque les produits de la réaction ne libèrent pas de CO2. De plus, elle produit du carbone solide, qui peut être utilisé pour de multiples autres usages tels que la fabrication de pneus, la construction, l’asphaltage des routes et comme composant des électrodes de batteries.
Les leçons tirées de ce projet pilote constitueront des indications précieuses sur la manière dont d’autres projets similaires pourraient être menés à bien sur les sites de stations de gaz naturel dans un avenir proche. La production décentralisée d’hydrogène pourrait être intégrée aux opérations des stations de gaz naturel existantes, ce qui permettrait d’injecter l’hydrogène dans les réseaux de distribution existants et d’améliorer ainsi l’accès aux sources de carburant à faible taux d’émission.
L’Université de la Colombie-Britannique est un partenaire idéal pour le projet. « L’Université de la Colombie-Britannique est un chef de file mondial dans la conception de systèmes intégrés d’énergie à base d’hydrogène, affirme le responsable du projet, Walter Mérida, professeur de génie mécanique à la faculté des sciences appliquées de l’Université de la Colombie-Britannique. Il est très excitant d’étendre au-delà de nos frontières provinciales cette approche novatrice du “campus en tant que laboratoire vivant” de l’Université de la Colombie-Britannique dans l’Ouest canadien et peut-être même au-delà. » [Traduction]
En effet, la pyrolyse est très prometteuse pour l’avenir. « L’hydrogène est un carburant à émissions nulles qui a de nombreux usages, et le Canada est particulièrement bien placé pour devenir un chef de file mondial dans l’élaboration de technologies et de modèles d’affaires liés à l’hydrogène pour alimenter une économie à faibles émissions de carbone » [traduction], affirme M. Mérida.
« ATCO Gas and Pipelines fournit chaque jour du gaz naturel sûr et fiable à plus de 1,3 million de clients en Alberta. Nous sommes déterminés à faire en sorte que nos clients continuent d’avoir accès à l’énergie dont ils ont besoin alors que nous nous dirigeons vers un avenir à plus faibles émissions »
De plus, cette approche garantira la pérennité des avantages du gaz naturel. « ATCO Gas and Pipelines fournit chaque jour du gaz naturel sûr et fiable à plus de 1,3 million de clients en Alberta. Nous sommes déterminés à faire en sorte que nos clients continuent d’avoir accès à l’énergie dont ils ont besoin alors que nous nous dirigeons vers un avenir à plus faibles émissions », déclare Patrick Bain, directeur des projets d’hydrogène et du développement technologique chez ATCO. « Des carburants fiables et propres, comme l’hydrogène, joueront un rôle important pour répondre à ce besoin de nos clients. ATCO Gas and Pipelines a déjà démontré que le réseau de distribution de gaz actuel est apte et prêt à soutenir l’énergie propre de demain. Cette usine pilote de pyrolyse du méthane présente un avenir potentiel de production d’hydrogène à la demande et décentralisée, qui peut permettre d’atteindre un plus grand nombre de clients ». [traduction]
Sa contribution à un avenir propre étant accomplie, l’usine sera mise hors service à la fin du projet, soit au quatrième trimestre de 2024.
Graham Chandler a passé une décennie dans le domaine de la finance d’entreprise et de la gestion du marketing énergétique. En tant qu’écrivain indépendant à temps plein, il s’est spécialisé dans les sujets énergétiques au cours des 20 dernières années.