Sister, modéliser la chaîne industrielle de l’hydrogène

Modéliser la chaîne industrielle de l’hydrogène

L’hydrogène est un vecteur énergétique de plus en plus considéré pour des applications de mobilité bas carbone.

Le stockage de l’hydrogène produit par électrolyse à partir de sources d’énergies renouvelables intermittentes, comme les énergies éoliennes ou photovoltaïques, apporte plus de flexibilité aux systèmes énergétiques les intégrant.

Une chaîne industrielle de l’hydrogène est un scénario énergétique mettant en jeu de nombreux procédés et technologies en lien avec l’hydrogène : production, stockage, transport, conversion et usages.

Pour développer l’utilisation de l’hydrogène, il est nécessaire d’optimiser plusieurs paramètres : le coût, la performance et la sécurité des différentes technologies intervenant dans la chaîne de l’hydrogène tout en prenant en compte les contraintes locales et le cadre législatif en vigueur.

La modélisation numérique de la chaîne de l’hydrogène facilite sa pré-conception et son pré-dimensionnement. Elle préconise les solutions technologiques optimales à considérer avant d’effectuer des investissements.

Thyso, un outil d’aide à la décision

Avec notre projet de recherche SISTER, nous développons des méthodes outillées pour faciliter la conception de systèmes en lien avec l’hydrogène en cherchant l’optimum entre performance, coût de fabrication et d’exploitation, et fiabilité des équipements constitutifs de la chaîne industrielle de l’hydrogène.

Issu de ce projet de recherche, THySO (Tool for Hydrogen Storage Optimization) est un outil numérique d’aide à la décision et à la conception de la chaine industrielle de l’hydrogène permettant de définir quelles sont les meilleures technologies à considérer selon les applications visées.

THySO préconise les solutions technologiques optimales en fonction de critères de performance technique, de coût et de sureté, via une bibliothèque de solutions existantes et innovantes et permet d’aider les décideurs à investir dans une solution mettant en jeu l’hydrogène en tant que vecteur énergétique à tout niveau de la chaîne industrielle en maîtrisant les risques.

L’hydrogène représente une clef du système énergétique d’aujourd’hui et de demain et pourrait bien être l’un des vecteurs majeurs de la transition énergétique et du développement durable. En effet, l’hydrogène est la nouvelle carte des collectivités, acteurs de la mobilité, industries, transporteurs et logisticiens pour améliorer significativement leur bilan carbone. C’est dans ce contexte que le projet R&I Sister a été créé depuis 2016, et a été à l’origine du lancement du « Pôle Hydrogène et Gaz Renouvelables », nous permettant d’accompagner nos clients pour relever les défis de la filière.

Abdelmalek Malouche, Sustainable Operations Architect, Capgemini Engineering

Le stockage de l’hydrogène

Le stockage compte parmi les premiers challenges à relever pour développer l’utilisation de l’hydrogène. Dans le cadre de notre projet de recherche SISTER, nous travaillons à concevoir de manière plus fiable, plus sûre et moins chère des solutions pour stocker l’hydrogène indépendamment du mode de production et de l’application visée.

Notre démonstrateur

Nous avons développé un démonstrateur pour familiariser le public avec les énergies renouvelables et le défi du stockage de ces énergies intermittentes. Il permet de comprendre, de manière simple, le fonctionnement d’un mini-réseau incluant l’hydrogène comme vecteur énergétique. Ce démonstrateur est composé de trois panneaux photovoltaïques pour la production d’électricité, d’un électrolyseur pour la production d’hydrogène, d’une pile à combustible pour produire de l’électricité et d’une station de consommation pour la consommer. Un système de stockage situé entre l’électrolyseur et la pile à combustible permet de stocker l’hydrogène.

Le démonstrateur permet de valider les modèles d’électrolyseurs et de piles à combustible développés dans le cadre du projet de recherche SISTER. Il peut aussi être utilisé comme banc d’essai pour la qualification de nouveaux systèmes de stockage (nouveaux matériaux, nouveau design et morphologie, etc…) développés dans le cadre de ce projet. Les résultats peuvent être utilisés comme ligne directrice lors la conception de la chaîne hydrogène et ainsi permettre l’optimisation du coût, de la sécurité et de la performance.

Sister est le fer de lance des projets R&I en France sur l’hydrogène. Son approche innovante couplant innovation technologique et outil numérique pour la conception de systèmes H2 dans une approche end-to-end a permis à Capgemini Engineering de se démarquer sur ce marché en proposant des assets différenciants à fort impact et générateurs de valeur pour nos clients. Ce projet a également été à l’origine d’une démarche, avec d’autres projets R&I, visant à développer une plateforme de simulation multiphysique interne dédiée aux énergies propres.

Alan Jean-Marie, responsable programme Future of Energy, Capgemini Engineering