Produire de l’énergie verte ne suffit plus. Il est tout aussi important de stocker l’excédent énergétique pour pallier l’intermittence des énergies renouvelables. Cela peut passer par l’usage de l’hydrogène résidentielle.
Le secteur du logement subit la pression de l’urgence climatique et la fluctuation des prix de l’énergie. On mise ainsi massivement sur les énergies renouvelables, dont le solaire photovoltaïque, pour gagner en autonomie. Cependant, produire de l’électricité ne suffit pas. Comme ces sources d’énergies sont intermittents, il est tout aussi important de stocker l’excédent pour un usage ultérieur, notamment pour alimenter le chauffage en hiver.
Si les solutions sur batteries lithium-ion présentent d’excellente performance pour le cyclage quotidien, elles atteignent rapidement leurs limites pour un stockage saisonnier. C’est ici que l’hydrogène résidentielle peut faire la différence, notamment grâce au concept de Power-to-Gas (P2G). Le but est ici de convertir l’électricité excédentaire en gaz (hydrogène) via électrolyse. Si la promesse est intéressante, cette technologie fait encore face à certains défis techniques et réglementaires qui freinent son déploiement.
Vers une maison entièrement autonome
Le système d’hydrogène résidentiel se décompose en trois éléments clés qui forment une boucle énergétique locale : un électrolyseur, un équipement de stockage et une pile a combustible.
L’électrolyseur domestique
Ce dispositif utilise un réservoir d’eau et le surplus d’électricité provenant des panneaux photovoltaïques pour produire de l’hydrogène. Pour y parvenir, on utilise généralement des électrolyseurs à membrane échangeuse de protons (PEM). Ces appareils sont, en effet, plébiscite pour leur compacité, mais aussi, car ils s’adaptent rapidement aux variations de la production solaire.
Les électrolyseurs ont aujourd’hui un rendement de 70% environ. Cela constitue un point de départ plutôt solide, qui va déterminer l’efficacité énergétique globale de l’ensemble du système.
Le stockage saisonnier et la sécurité
Le stockage de l’énergie est le principal défi auquel l’hydrogène résidentiel fait face. Actuellement, on étudie deux méthodes principales :
- Haute Pression : L’hydrogène est comprimé jusqu’à 200 à 700 bar dans des réservoirs. Si cela permet de stocker beaucoup d’énergie dans un petit volume, cela implique des contraintes importantes en matière de certification et de sécurité (soupapes de sécurité, ventilation).
- Hydrures Métalliques : Cette méthode est plus prometteuse pour la Pile à combustible domestique. Elle consiste à lier chimiquement l’hydrogène à un matériau solide à basse pression. Bien que moins dense en énergie, elle est considérée comme beaucoup plus sûre pour une installation domestique (garage, chaufferie). Cette solution réduit notamment le risque de fuite et les contraintes réglementaires.
La pile à combustible
Le rôle de la Pile à combustible maison est de reconvertir l’hydrogène stocké en électricité et en chaleur, principalement lorsque le soleil ne produit plus. Cela se fait par cogénération. En effet, la pile à combustible produit simultanément l’électricité dont le logement a besoin, et de la chaleur. Cette dernière est utilisée pour le chauffage et l’eau chaude sanitaire. Cela maximise l’utilisation de l’hydrogène.
Un rendement pas à la hauteur des promesses
Pour les professionnels, la question de l’Autonomie énergétique hydrogène est indissociable de la rentabilité. C’est ici que l’analyse se doit d’être la plus rigoureuse.
Le point de friction majeur du Power-to-Gas provient d’ailleurs du rendement global de la boucle complète. Cela n’a rien de surprenant, car chacune des étapes du système engendre des pertes. Le rendement électrique global est d’ailleurs estimée entre 30 et 40%, ce qui est significativement inférieur aux 75-90% d’une batterie Lithium-ion.
De plus, l’utilisation de chaleur résiduelle est un autre élément clé du dispositif. Comme nous l’avons vu, elle sert à la production d’eau chaude et au chauffage. En fonction de son exploitation, on peut potentiellement augmenter à 50, voire 60%, le rendement de l’hydrogène résidentielle.
De ce fait, on ne doit pas penser que l’hydrogène serve uniquement à la production d’électricité. Il s’agit d’une solution complète, qui doit être systématiquement couplé à un besoin thermique conséquent pour justifier l’investissement.
Ne pas oublier la question de la sécurité
Bien que les projets pilotes européens démontrent la faisabilité technique de ces systèmes (souvent à l’échelle de l’immeuble ou de petits réseaux), plusieurs verrous freinent la généralisation de la filière en France.
Tout d’abord, l’ensemble des équipements (électrolyseur, réservoir, PAC) représente un investissement initial très élevé. De ce fait, la technologie se cantonne aujourd’hui à des projets de démonstration ou a des niches haut de gamme. La réduction des couts par le biais de l’industrialisation doit ainsi être l’objectif à atteindre, comme cela a été le cas pour le photovoltaïque.
De plus, il faut conserver à l’esprit que l’hydrogène est un gaz très volatil et inflammable. Bien qu’il se dissipe très rapidement dans l’air, on doit conserver en tête les risques liés aux incendies avant de l’intégrer dans l’habitat. D’ailleurs, aujourd’hui, il n’y a en France aucune norme relative aux équipements sous pression et aux installations classées pour la protection de l’environnement pour des usages résidentielle. Or, un cadre normatif est nécessaire pour déployer une telle technologie.
L’hydrogène, le Futur de l’ingénierie résidentielle
Malgré les obstacles, l’hydrogène reste la technologie la plus prometteuse pour garantir l’autonomie énergétique de la maison de demain. La technologie du Power-to-Gas permet de stocker le surplus énergie produite aujourd’hui afin de profiter d’une sécurité énergétique demain.
Cependant, pour les professionnels du secteur, l’en l’enjeu est de maîtriser dès maintenant cette chaîne de valeur. La recherche doit s’accélérer pour améliorer les matériaux de stockage et les rendements de la pile à combustible.
En combinant ces solutions avec des batteries pour le cyclage journalier (systèmes hybrides), le logement de demain pourrait devenir un véritable écosystème énergétique autosuffisant. Il ne s’agit plus de savoir si cette technologie sera déployée, mais quand et comment les acteurs français s’y prépareront.
