«Power-to-Gas» (conversion d'électricité en gaz) - tel est le nom du concept qui doit associer réseau électrique et réseau gazier. Les chercheurs de l'Institut Paul Scherrer veulent ainsi stocker à long terme l'énergie solaire et éolienne. Sur une plateforme où se trouvent des containers remplis d'installations high-tech, ils testent des processus en conditions réelles, avec des partenaires industriels.

Marcel Hofer, responsable du projet Réalisation et coordinateur ESI (à g.) et Peter Jansohn, responsable de l’ESI. (Photo: Kellenberger Kaminski Photographie)

A l'Institut Paul Scherrer (PSI) de Villigen, six containers blancs alignés sur une plateforme appelée «ESI» pour Energy System Integration renferment l'énergie du futur. Ils contiennent des installations compactes, à la pointe de la technologie, qui fabriquent de l'hydrogène et du gaz. Si besoin, l’hydrogène peut même être retransformé en électricité dans les piles à combustible. Tout près se trouvent des réservoirs pour l'hydrogène, l'oxygène et le dioxyde de carbone, reliés à la plateforme. Devant, sur le tableau, sont inscrits les noms de plus de 20 partenaires du projet, utilisateurs et institutions de promotion, dont le Conseil des EPF, l'EPFL, l’ETH Zurich et l'Empa, mais aussi PARK INNOVAARE, le nouveau parc d'innovation situé à proximité, ou encore Swissgrid, le gestionnaire de réseau électrique.

«Si l’on construit autant d’installations photovoltaïques et éoliennes que prévu, nous devrons sauvegarder plusieurs térawattheures d’énergie entre les mois d'été et ceux d'hiver», déclare Peter Jansohn.

«La conversion d'électricité en hydrogène ou en méthane est le sujet principal de la plateforme ESI», explique Peter Jansohn, responsable Energy System Integration au PSI. Si, comme le prévoit la stratégie énergétique 2050 de la Confédération, l'énergie nucléaire est remplacée par des énergies renouvelables, de nouvelles possibilités de stockage seront nécessaires. Car l'énergie d'origine solaire et éolienne ne fournit pas seulement de l'électricité lorsqu'on en a besoin. Le potentiel des centrales de pompage-turbinage est déjà exploité et les batteries ne permettent pas de stocker l’énergie à long terme. «Si l’on construit autant d’installations photovoltaïques et éoliennes que prévu, nous devrons sauvegarder plusieurs térawattheures d’énergie entre les mois d'été et ceux d'hiver», déclare Peter Jansohn.

L'énergie électrique excédentaire doit permettre de produire des vecteurs énergétiques chimiques – un concept appelé Power-to-Gas. C'est pourquoi un électrolyseur se trouve dans un container ESI qui, avec de l'électricité, dissocie les molécules d’eau en hydrogène et en oxygène. L’installation a une puissance de 100 kilowatts. «Ainsi une seule mise à l'échelle suffira pour la commercialisation», explique le responsable de l'ESI.

Une nouvelle exposition permet aux visiteurs de découvrir concrètement les défis complexes d’un approvisionnement énergétique basé sur les nouvelles énergies renouvelables, ainsi que les solutions possibles. (Photo: Kellenberger Kaminski Photographie)

Dans un container situé en face, un système de piles à combustible produit de l'électricité à partir des gaz. Il peut être utilisé de manière stationnaire, pour l'approvisionnement énergétique d'une maison par exemple. Une pile à combustible peut aussi propulser un véhicule électrique. Pour l'électrolyseur comme pour le système de pile à combustible, le PSI mise sur une technique dont il a l'expérience depuis des décennies. Le cœur des installations est formé par un empilement de cellules élémentaires avec une membrane électrolyte polymère. En outre, le système de piles à combustible fonctionne avec de l'oxygène pur à la place de l'air – un procédé très efficace mis au point au PSI.

Exploiter le vaste potentiel de la biomasse

Avec le dioxyde de carbone du réservoir placé à côté de la plateforme, les chercheurs du PSI produisent du méthane à partir de l'hydrogène. Ce gaz naturel artificiel, neutre en CO2, peut être facilement stocké et injecté dans le réseau suisse de pipelines existant. «Le réseau gazier fait office d'accumulateur, car on peut varier la pression selon la saison et stocker ainsi sans problème plusieurs térawattheures», explique Peter Jansohn. «C'est pourquoi le réseau électrique et le réseau gazier forment pour nous un duo qui se complète parfaitement.»

La ville modèle interactive Esiville permet de raconter la transition qui mène la Suisse de l’approvisionnement énergétique d’aujourd’hui à celui de demain. (Photo: Institut Paul Scherrer/Mahir Dzambegovic)

L'installation de méthanisation de la plateforme ESI est déjà partie du PSI pour une mission de longue durée: en janvier 2017, Cosyma (Container based System for Methanation) a été sortie par une grue, à travers un passage du toit de la plateforme, pour être apportée sur un transporteur à la station d’épuration et de méthanisation de Werdhölzli (partenaire de projet: Energie 360°) à Zurich. Dans ce test longue durée de 1000 heures, Cosyma a produit, à partir de déchets organiques, 60% de biogaz de plus qu'avec des procédés conventionnels. L'idée est simple et efficace: dans un réacteur à lit fluidisé, l'hydrogène ajouté se mélange au dioxyde de carbone du biogaz brut. Cela donne du biométhane que l'on peut injecter dans le réseau gazier. En janvier 2018, l’Office fédéral de l’énergie (OFEN) a décerné au PSI et à Energie 360° le Watt d’Or dans la catégorie «Energies renouvelables».

Cosyma est de retour au PSI et Peter Jansohn dresse le bilan: «La fabrication de biométhane est si efficace que ce procédé a de grandes chances d’être transposé dans la pratique.» Environ 100 stations d'épuration en Suisse pourraient ainsi produire du méthane vert.