HNV - Hydrogène Nouvelle Version

Saint-Georges-sur-Loire, France
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HNV - Hydrogène Nouvelle Version

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HNV - Hydrogène Nouvelle Version

En France, notre mix énergétique est fossile à 70%. Avec notre projet HNV, nous produisons de l’hydrogène décarboné à partir d’eaux usées industrielles grâce à une bactérie sélectionnée pour cela.


Décarboner l’énergie

En France, notre mix énergétique est fossile à près de 70% et pour atteindre la neutralité carbone en 2050, il va falloir accélérer. Pour cela, l’usage d’énergies renouvelables est une nécessité, la voie biologique et la biomasse sont en particulier prometteuses. D’un autre côté, l’hydrogène fait partie des vecteurs énergétiques plébiscités pour sa flexibilité.

C’est en partant de ces constats que s’est construit le projet Hydrogène Nouvelle Version. Ce projet consiste à produire de l’hydrogène par voie biologique à partir de déchets organiques industriels, disponibles en grandes quantités.

L’hydrogène, un produit magique

L’hydrogène est le plus petit élément chimique présent sur terre où il est essentiellement présent dans l’eau et dans les hydrocarbures. C’est surtout un produit magique : sous sa forme gazeuse, il est non toxique et très énergétique, 2 fois et demi plus que le gaz naturel et 3 fois plus que l’essence. Il est capable de produire de la chaleur, de l’électricité, de remplacer le pétrole, notamment dans la mobilité, tout en ne rejetant que de la vapeur d’eau lorsqu’on l’utilise.

Des études montrent que le potentiel de l’hydrogène est particulièrement important. Il pourrait couvrir 20% des besoins énergétiques de la France (source Mc Kinsey) et jusqu’à 24 % de l’Europe (source FCH JU) en 2050. Rien qu’en France, cela permettrait d’économiser des millions de tonnes de CO2. L’hydrogène est un allier indispensable de la transition énergétique !

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Décarboner l’industrie

Aujourd’hui, l’hydrogène est essentiellement utilisé pour ses caractéristiques physico-chimiques qui intéressent plus particulièrement l’industrie de la chimie (production d’ammoniac) et l’industrie pétrochimique (Raffinage). En France, cela représente près d’un million de tonnes par an. Toutefois, l’hydrogène qu’ils utilisent est issue de matières fossiles (pétrole et gaz notamment) ce qui entraine des rejets de gaz à effets de serre très importants : 13 kg eqCO2/kg H2 produit. Ces rejets représentent plus de 11 millions de tonnes eqCO2 par an. Cette pollution représente 26% des émissions de CO2 du secteur de l’industrie. Substituer cet hydrogène fossile, utile à l’industrie, permettra de diminuer fortement son impact environnemental, conformément au plan hydrogène du gouvernement.

Efficacité énergétique – Valorisation de déchets

Une partie non négligeable de notre énergie est consommée pour nettoyer les eaux usées urbaines et industrielles à l’aide de stations d’épuration. Cette opération est rendue nécessaire pour diminuer la charge organique des effluents afin de ne pas polluer nos cours d’eau.

Nous voulons utiliser ces matières pour produire un hydrogène décarboné, non délocalisable et propre (sans CO2). En effet, nous avons identifié une bactérie capable de transformer ces matières organiques en hydrogène. Cela va permettre d’une part d’épurer les eaux usées et d’autre part de produire de l’énergie.

Avoir un prix raisonnable

La plupart des énergies renouvelables ont des prix de revient supérieurs aux énergies fossiles en raison notamment de leur faible densité énergétique et/ou de leur faible régularité. Notre procédé peut être connecté de manière décentralisée dès qu’il y a une usine agroalimentaire ou une station d’épuration.Il s’agit d’un procédé de fermentation sombre qui fonctionne donc H24/J7. Tant que les bactéries sont dans les bonnes conditions, elles produisent.

Ainsi, toutes les conditions sont réunies  pour que les coûts de production soient optimisés et que l'hydrogène nouvelle Version soit compétitif par rapport aux produits fossiles.

Quel est le concept de votre projet ?

Produire de l’énergie décarboné en masse à partir de déchets c’est possible grâce aux sciences du vivant !

Comme nous l’avons vu, l’hydrogène est un vecteur énergétique qui ne génère que de l’eau lorsqu’il est consommé et sa polyvalence est un véritable atout. Pour qu’il soit vraiment vertueux, il est nécessaire de le produire proprement. Le principal procédé utilisé aujourd’hui consiste à extraire l’hydrogène des hydrocarbures liquides, gazeux ou du charbon par vaporeformage. Ce procédé est robuste, peu coûteux mais particulièrement polluant (13 kg eqCO2 pour 1 kg d’H2). L’électrolyse de l’eau qui permet d’extraire l’hydrogène de l’eau est un procédé beaucoup plus vertueux sans être neutre sur le plan carbone (entre 2,5 et 4 kg eqCO2 pour 1 kg d’H2).

En utilisant la voie biologique, les bactéries travaillant dans des conditions douces tant de températures que de pressions, nous limitons l’usage d’énergies. De plus, en utilisant des matières organiques, nous assurons la neutralité carbone du procédé HNV. Enfin, en intégrant des déchets ou des effluents qui ne sont pas valorisés aujourd’hui nous assurons une efficacité énergétique optimale. Ces déchets n’en sont plus !

Comment ça marche ?

Athéna Recherche et Innovation a isolé une bactérie capable de produire de l’hydrogène rapidement, en quantité et avec un haut niveau de pureté ; à partir de matières organiques variées.

Pour cela, nous insérons la bactérie dans un fermenteur en présence de la matière organique qui a éventuellement été hygiénisée en amont. Là, la bactérie se développe et produit, entre autres, un biogaz constitué d’hydrogène et de CO2. Ce C02 sera réintroduit dans le procédé et capter par la prochaine génération de bactéries.

Afin d’améliorer le rendement du procédé, nous ajoutons un précurseur métabolique qui permet d’obtenir les résultats suivants :

  • Démarrage du procédé : quelques heures ;
  • Production du biogaz : 80% de la production en moins de 7 jours ;
  • Pureté du biogaz : 80 à 90% d’hydrogène.

Il s’agit donc d’un procédé qui utilise une souche pure. Cela permet d’avoir une maitrise optimale du procédé.

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Variété des intrants

Notre objectif est de prendre en charge des intrants variés qui ne sont pas valorisés aujourd’hui afin d’en régénérer un maximum. Ainsi, nous savons que nous pouvons utiliser des eaux de cuissons de traiteurs industriels mais nous voulons également vérifier que nous pouvons utiliser :

  • du sang des équarisseurs (animaux malades) ;
  • des eaux de cuissons de légumiers ;
  • des eaux de procédé de biscuiteries ;
  • des effluents d’usines de pâtes à papier ;
  • des stations d’épuration urbaines…

Utilisation d’autres technologies matures

Notre procédé est un procédé de fermentation et ces technologies sont connues depuis que l’homme produit de la bière ou de la cervoise. De fait, si la bactérie et le fermenteur sont au cœur de notre technologie et de notre développement, leur environnement est déjà maitrisé. En effet, toutes les technologies consistant à traiter/préparer les intrants ou à filtrer/purifier les gaz existent déjà pour d’autres applications.

Seule la case en bleu ci-dessous doit être développée. Il est ainsi rassurant de voir que la plupart des briques technologiques de notre procédé existent et sont maitrisées.

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Production du précurseur métabolique

Comme expliqué, la bactérie est plus efficace en présence d’un précurseur métabolique. Ce précurseur est disponible en quantité industrielle dans le commerce grâce à la chimie mais nous savons que des microorganismes sont capables de le produire. Ainsi, en cohérence avec nos objectifs, nous avons décidé d’utiliser les déchets pour également produire ce précurseur métabolique.

Ainsi, nous aurons une coculture avec deux microorganismes. Les exemples analogues nous démontrent qu’une telle organisation permet d’avoir rapidement un équilibre entre eux et une optimisation du procédé.

Une production de masse

Notre objectif est d’être capable de produire d’ici 2040 environ 100 000 tonnes par an. Cela représentera 10% du marché actuel de l’hydrogène et 25% de l’hydrogène vert. En effet, nous savons que si nous voulons changer les choses dans l’énergie, il faut être capable de produire en masse. Cela permettra de réduire nos émissions de plus d’un million de tonnes de CO2 par an.

Ainsi, nous prévoyons la construction d’une trentaine de sites avec une capacité individuelle de 10 t/j d’hydrogène. Cet objectif sera d’autant plus atteignable qu’il existe de nombreuses sources d’intrants disponibles avec des propriétaires qui dépensent des sommes importantes pour les traiter. Ils sont preneurs de solutions leur permettant de réduire cette charge.

Prix abordable

Le prix de l’installation dépendra directement de la productivité de la bactérie. En effet, c’est en fonction de la productivité de la bactérie que nous aurons des volumes de culture plus ou moins importants et donc un nombre plus ou moins important de fermenteurs. Selon nos premières estimations, nous serons capables, en phase d’industrialisation, de produire l’Hydrogène Nouvelle Version à un prix avoisinant les 3€/kg ce qui sera compétitif vis-à-vis des produits fossiles.

Par ailleurs, produire massivement cet hydrogène nous permettra de réaliser des économies d’échelle favorables tant au temps de développement et qu’au prix du produit.

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Projet lancé par :
  • Ludovic BRIAND
  • Paris, France

Ludovic BRIAND

Chef d'entreprise

Paris, France

Athéna Recherche et Innovation

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