Les réservoirs de grès poreux, autrefois remplis de pétrole et de gaz naturel, pourraient bientôt devenir des sites de stockage pour un combustible sans carbone : l’hydrogène. Les scientifiques de Sandia National Laboratories étudient actuellement la faisabilité de cette solution innovante, qui pourrait contribuer à la transition vers une économie plus durable.
L’hydrogène présente de nombreux avantages en tant que combustible propre. Il peut être produit par électrolyse de l’eau en utilisant de l’énergie solaire ou éolienne, et être utilisé pour générer de l’électricité, alimenter l’industrie lourde et les véhicules à pile à combustible. De plus, l’hydrogène peut être stocké pendant plusieurs mois et utilisé lorsque les besoins énergétiques dépassent l’offre des sources d’énergie renouvelables.
Cependant, l’hydrogène est moins dense énergétiquement que les combustibles fossiles et plus difficile à comprimer. Selon Tuan Ho, ingénieur chimiste à Sandia, le stockage de grandes quantités d’hydrogène dans des réservoirs métalliques en surface n’est pas envisageable.
Réservoirs d’hydrocarbures épuisés, solution de stockage souterrain
Si l’hydrogène peut être stocké dans des cavernes de sel, ces formations géologiques ne sont pas répandues aux États-Unis. L’équipe de Tuan Ho étudie donc la possibilité de stocker l’hydrogène dans des réservoirs de pétrole et de gaz épuisés, en analysant les risques de fuite, de piégeage dans la roche ou de contamination.
Les chercheurs ont constaté que l’hydrogène ne reste pas piégé dans le grès après son injection, mais qu’une petite partie (jusqu’à 10 %) peut rester adsorbée dans les échantillons de schiste. Les simulations informatiques de Tuan Ho ont confirmé ces résultats expérimentaux.
Interactions entre l’hydrogène et les minéraux argileux
En étudiant plus précisément les interactions moléculaires entre les couches d’argile de type montmorillonite, l’eau et l’hydrogène, Tuan Ho a montré que l’hydrogène ne s’insère pas préférentiellement dans les espaces interfoliaires hydratés de ce type d’argile. Les pertes d’hydrogène par piégeage ou migration dans l’argile seraient donc minimes, ce qui est encourageant pour le stockage souterrain.
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Risques de contamination par les hydrocarbures résiduels
Les expériences et simulations ont révélé que du gaz naturel résiduel peut être libéré de la roche lors de l’injection d’hydrogène dans un réservoir de gaz naturel épuisé. Ainsi, l’hydrogène extrait contiendra une petite quantité de gaz naturel, générant du CO2 lors de sa combustion. L’équipe étudie actuellement les effets de l’hydrogène sur un réservoir de pétrole épuisé et les interactions potentielles avec les hydrocarbures résiduels.
Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour comprendre les interactions entre l’hydrogène stocké, les microorganismes et les autres composés chimiques présents dans les réservoirs de pétrole épuisés. Selon Don Conley, responsable du projet SHASTA à Sandia, ces travaux contribueront à guider les essais de stockage souterrain d’hydrogène à grande échelle, essentiels pour démontrer la faisabilité de cette solution et décarboner le secteur énergétique.
Légende illustration : Un ingénieur en géosciences travaille sur un système d’adsorption de gaz sous une hotte dans le cadre d’un projet visant à déterminer si les réservoirs de pétrole épuisés peuvent être utilisés pour stocker de l’hydrogène sans carbone. (Photo : Craig Fritz)
Article : « Nuclear magnetic resonance and molecular simulation study of H2 and CH4 adsorption onto shale and sandstone for hydrogen geological storage » – DOI: 10.1016/j.ijhydene.2023.11.011
