Stockage de l’hydrogène – Le carburant d’aviation à base de lignine est-il la solution ?

Faire fonctionner l’hydrogène

L’électrification avec des batteries pourrait ne pas suffire à remplacer les combustibles fossiles dans les transports, en particulier le transport maritime et aérien. Il en va de même pour les procédés industriels nécessitant des températures très élevées. Même avec les récentes améliorations de la technologie des batteries, l’électricité est difficile à stocker sans batteries lourdes ou trop volumineuses.

Une alternative envisagée depuis longtemps est l’hydrogène. Comme l’hydrogène vert peut être produit à partir d’énergies renouvelables, il constituerait un bon moyen de convertir l’énergie verte en carburant liquide dense.

Cependant, l’hydrogène vert a pris du retard par rapport aux autres solutions vertes pour 2 raisons: la production d’hydrogène est coûteuse, et le stockage de l’hydrogène est difficile.

La question de la production est abordée sous de nombreux angles, s’éloignant de l’électrolyse de l’eau habituelle, comme, par exemple, photosynthèse artificielle, micro‑ondes & oxyde de cérium, ou électrolyse à base de nickel, en utilisant copeaux métalliques.

Le stockage est une question plus délicate, car l’hydrogène est très volatil, inflammable et difficile à contenir étant le plus petit atome possible. C’est pourquoi il est important que des scientifiques aient peut‑être réalisé une percée sur ce sujet.

Les chercheurs travaillant à la Washington State University, au Pacific Northwest National Laboratory, à l’University of New Haven et à Natural Resources Canada ont publié leurs résultats dans l’International Journal of Hydrogen Energy, sous le titre « In-situ dehydrogenation of lignin-based jet fuel: A novel and sustainable liquid organic hydrogen carrier »¹.

Stockage & Transport de l’hydrogène

Le gaz hydrogène est l’une des plus petites molécules de l’Univers, composée de seulement deux des atomes les plus légers du tableau périodique. En conséquence, il possède quelques caractéristiques indésirables pour un vecteur énergétique:

• Faible densité.
• Volatile et inflammable.
• Difficile à contenir, car il s’infiltre entre les liaisons moléculaires de son contenant.

Tous ces aspects de l’hydrogène tendent à rendre son stockage et son transport coûteux et techniquement complexes.

La tendance à réagir avec l’acier et à le rendre fragile n’aide pas non plus, car elle implique la nécessité d’un pipeline spécialisé pour l’hydrogène afin du transport sur de longues distances, au lieu du réseau de pipelines moins coûteux utilisé pour le gaz naturel.

Une idée pour éviter ces problèmes est transformer l’hydrogène en ammoniaque, un carburant liquide beaucoup plus facile à manipuler. Cependant, cela réduit l’efficacité globale du processus. Une économie de l’ammoniaque nécessiterait également la construction de son propre réseau d’infrastructures à partir de zéro.

Carburant à base de lignine

Une nouvelle alternative proposée par les chercheurs consiste à utiliser un carburant expérimental à base de lignine, un polymère organique présent dans les plantes. Le carburant a été développé dans le laboratoire du Pr Bin Yang et analysé par résonance magnétique nucléaire (RMN) au Pacific Northwest National Laboratory.

Source: Washington State University

Cela avait déjà été développé et a démontré que les déchets végétaux provenant de l’agriculture pouvaient être transformés en carburant d’aviation durable. Ce mélange de carburant était également plus riche en énergie que les produits à base de combustibles fossiles, et réduisait également la pollution en remplaçant les molécules aromatiques (cycles du carbone) généralement ajoutées au carburant d’aviation.

Source: International Journal of Hydrogen Energy

Carburant à base de lignine transportant l’hydrogène

Les nouvelles recherches ont prouvé que ce carburant d’aviation durable à base de lignine peut être utilisé comme vecteur d’hydrogène, sans nécessiter de transformations chimiques énergivores comme pour la production d’ammoniaque.

Il fonctionne en faisant libérer le carburant à base de lignine (LJF) les atomes d’hydrogène qu’il contient (mono‑, di‑ et tricyclohexylalkanes) lorsqu’il est exposé à des nanoparticules de platine sur de l’aluminosilicate cristallin.

Les chercheurs ont nommé ce procédé Transporteur d’Hydrogène Organique Liquide à base de Carburant à Jet de Lignine (LJF‑HyC).

La partie du carburant à jet de lignine transportant l’hydrogène a été estimée par résonance magnétique nucléaire (RMN) à représenter 18,5 % du total.

« Cette nouvelle technologie basée sur le carburant à jet de lignine pourrait permettre un stockage d’hydrogène efficace et à haute densité dans un carburant d’aviation durable facile à manipuler, éliminant le besoin de réservoirs pressurisés pour le stockage et le transport. 

Pr. Bin Yang – Professeur à la Washington State University

Utilisation de l’infrastructure existante

Ce qui rend ce procédé intéressant, c’est qu’il existe déjà une infrastructure massive pour le transport de carburant à jet et d’autres carburants liquides similaires. Ainsi, au lieu d’essayer de stocker et de transporter de l’hydrogène pur, le LJF pourrait être utilisé pour transporter l’hydrogène du point A au point B.

Il pourrait également être utilisé facilement pour stocker l’hydrogène, car le stockage du carburant à jet est couramment utilisé et économique.

« Cette innovation offre des perspectives prometteuses de compatibilité avec l’infrastructure existante et de viabilité économique pour une production évolutive. 

Elle pourrait aider à créer un système synergique qui améliore l’efficacité, la sécurité et les avantages écologiques tant du carburant d’aviation durable que des technologies de l’hydrogène.

Pr. Bin Yang – Professeur à la Washington State University
L’objectif suivant des chercheurs est de concevoir un catalyseur piloté par IA qui améliore et complète les réactions d’hydrogénation, les rendant plus efficaces et rentables.

Entreprise d’hydrogène

Plug Power (PLUG ) est un leader de l’hydrogène vert, avec un focus sur les piles à combustible. Notamment, ses piles à combustible alimentent plus de 40 000 chariots élévateurs, avec des revenus multipliés par 8 depuis 2013. Elle est également active dans la construction d’infrastructures hydrogène telles que la production d’hydrogène, la logistique, la production d’électricité à l’échelle utilitaire et les livraisons.

Source: Plug Power

L’entreprise vise à atteindre l’échelle nécessaire pour réduire les coûts de production de 10 $/kg à 4 $/kg, tout en multipliant la production par 14 fois d’ici 2027.

Source: Plug Power

En raison d’investissements massifs pour augmenter la capacité de production de 19 fois depuis 2020, l’entreprise n’est pas encore rentable. Cela a conduit à presque doubler le chiffre d’affaires du début à la fin de 2023. La majeure partie des activités actuelles et prévues devrait provenir d’Amérique du Nord.

L’entreprise considère ses solutions comme soit un carburant de mobilité directe, soit un complément aux véhicules électriques, l’hydrogène permettant de réduire la pression sur le réseau due aux pics de charge des VE qui ne coïncident pas avec les périodes de production des énergies renouvelables durant la journée.

Source: Plug Power

En tant que grand producteur de piles à combustible, Plug Power bénéficierait fortement d’une transition vers une économie basée sur l’hydrogène. L’apparition d’un vecteur d’hydrogène bon marché et sûr améliorerait radicalement l’économie de l’utilisation de l’hydrogène comme source d’énergie.

Ainsi, cela fait de Plug Power une action intéressante à miser sur une transition générale vers l’hydrogène, avec une croissance de la demande pour ses piles à combustible chaque fois qu’une méthode moins chère de production, de stockage ou de transport de l’hydrogène est inventée.

Référence de l’étude:

^{1. Andrew S. Lipton et al. (2025) In-situ dehydrogenation of lignin-based jet fuel: A novel and sustainable liquid organic hydrogen carrier. International Journal of Hydrogen Energy Volume 98, 13 janvier 2025, Pages 1275-1282}