Des joints dédiés à l’hydrogène pour la transition énergétique
Publié par Angst+Pfister le 10 mars. 2023
Bien que la demande d'énergie augmente, les émissions de CO2 doivent être réduites. L'hydrogène, neutre sur le plan climatique, pourrait contribuer à remplacer les combustibles fossiles, et l'industrie investit massivement dans cette technologie. La reconversion des infrastructures de pipelines existantes pour l'hydrogène nécessite des joints capables de retenir les plus petites molécules. MCM S.p.A s'efforce de fournir des données factuelles sur ces joints.
Les politiques de protection de l'environnement et du climat poussent à une décarbonisation toujours plus poussée. L'hydrogène est une source d'énergie très prometteuse pour l'avenir. Son pouvoir calorifique est supérieur à celui du pétrole ou du gaz naturel et sa combustion a un impact neutre sur le climat, c'est-à-dire qu'elle ne libère pas de CO2. L'hydrogène est dit « vert » lorsqu'il est produit à partir de sources renouvelables. Les coûts diminuent mais restent relativement élevés - pour l'instant ... Aujourd'hui, l'hydrogène est généralement mélangé à du méthane ou à du gaz naturel afin de réduire l'empreinte CO2.
L'avancée imparable de l'hydrogène
« L'investissement dans la technologie de l'hydrogène est actuellement massif », remarque Raffaella Villa, ingénieur en développement commercial chez MCM S.p.A en Italie. L'entreprise fait partie du groupe Angst+Pfister et est spécialisée dans les joints en caoutchouc pour les industries automobile, aérospatiale et pétrolière. Les demandes d'information sur les joints à hydrogène chez MCM ont considérablement augmenté depuis 2020. « Nous nous attendons à ce qu'elles augmentent encore dans un avenir proche. Cela s'explique en partie par le fait que l'hydrogène peut être transporté par le réseau mondial de pipelines existant. Aucune nouvelle infrastructure n'est nécessaire. Il s'agit simplement d'une question de réutilisation.
« Nous travaillons déjà sur les applications de l'hydrogène et, dans ce cadre, une collaboration très intéressante et significative est celle avec Starline SpA : il s'agit de vannes utilisées pour la production d'hydrogène vert, où un service dans de l'hydrogène à 97% vol est nécessaire. » Starline SpA, fabricant de vannes à bille en acier forgé, fabrique des vannes pour les pipelines d'hydrogène. Ces vannes nécessitent désormais des joints adaptés à l'hydrogène. Les vannes seront fournies à des entreprises telles qu'Iberdrola, un géant espagnol de l'énergie qui compte parmi les producteurs et distributeurs d'électricité européens. Iberdrola investit des milliards dans la production d'hydrogène vert.
Quel est le matériau d'étanchéité optimal ?
« Le gaz est un élément délicat pour les joints en élastomère, en particulier l'hydrogène », explique Raffaella Villa. Les exigences à respecter sont complètement différentes de celles des liquides - en outre, l'hydrogène est la plus petite molécule de toutes. Ce gaz peut se diffuser lentement à travers la structure moléculaire des polymères. C'est pourquoi l'accent est mis sur la perméabilité des composés élastomères. L'hydrogène qui s'échappe est un grave problème de sécurité. La haute pression dans les pipelines fait des élastomères durs le choix le plus probable. Cependant, tous les composés ne se comportent pas de la même manière avec l'hydrogène.
« Nous travaillons actuellement à l'identification des meilleurs matériaux, mais nous ne voulons pas nous fier uniquement à la théorie et à la littérature », explique Raffaella Villa. Le FKM et le HNBR ont déjà été présentés comme des solutions potentielles pour l'hydrogène, mais MCM a également voulu étudier précisément quel élastomère convient le mieux à quelle fonction. « Nous voulons établir un système de classement. C'est pourquoi MCM fait tester la perméabilité de l'ensemble de son portefeuille par un laboratoire externe.
Des données de perméabilité fiables
Bien que l'hydrogène lui-même n'endommage pas chimiquement les élastomères, les conditions environnementales peuvent poser problème. En général, cela signifie que plus la pression ou la température est élevée, plus les joints deviennent perméables. En fonction de l'application envisagée, la résistance chimique peut également être une exigence. Tous ces facteurs limitent le choix de l'élastomère - et un compromis est généralement recherché. MCM a pour objectif de présenter à ses clients des données fiables sur les applications impliquant de l'hydrogène.
Le projet actuel de Starline exigeait des joints d'une dureté exceptionnelle, capables de résister à une pression de 35 bars, mais aussi à des températures modestes allant de moins 10 à 65 degrés Celsius. « Starline pourrait utiliser l'un des composés de notre portefeuille pour développer des vannes pour son projet Iberdrola, mais nous vérifions maintenant ce que notre portefeuille peut offrir de plus. Notre portefeuille est déjà énorme, mais nous serions néanmoins prêts à développer de nouveaux composés élastomères pour les joints d'étanchéité à l'hydrogène », explique Raffaella Villa. En fin de compte, ces composés pourraient également intéresser d'autres secteurs, comme l'industrie automobile.
Expérience et expertise pour de nouvelles applications
La fiabilité des données et le choix des matériaux sont une chose - MCM apporte également son expertise en matière de moulage par compression et par injection des pièces. « Les moules pour de tels matériaux ne sont pas une mince affaire », ajoute Oliviero Mismetti, chef de projet chez MCM. L'expérience de MCM est cruciale pour les tolérances requises dans la fabrication. Les connaissances de MCM sont également demandées pour les homologations AED (Anti-Explosive Decompression), c'est-à-dire pour les joints résistants à la décompression. « Il est passionnant de constater que, grâce à nos capacités, on nous demande d'effectuer un travail de pionnier sur les nouvelles technologies qui imposeront la décarbonisation en Europe », déclare Raffaella Villa, ravie de faire état d'autres industries telles que l'industrie automobile.
Dans l'urgence, les membres de l'équipe de Lausanne ont fabriqué de nouvelles pièces et les ont apportées à l'événement suivant, à l'autodrome de Most, en République tchèque. Là, l'équipe a pu participer pour la première fois à des compétitions dynamiques et a réalisé l'accélération la plus rapide de son histoire. Cela lui a permis d'obtenir la 8e place sur 36. En outre, l'équipe a obtenu une cinquième place dans la catégorie « Coût et fabrication ». « C'est là que nous voulions aller », se réjouit Etienne Hofstetter. Enfin, l'événement le plus important s'est déroulé à Hockenheim, en Allemagne. L'équipe de l'EPFL a impressionné avec une 13e place (sur 71 équipes) dans la catégorie « Engineering Design ». « Mon point fort personnel a été l'inspection sans faille de la batterie, avec les félicitations des inspecteurs. Rares sont ceux qui la réussissent du premier coup ». Les remerciements vont donc également à Angst+Pfister. « Ils nous ont permis de présenter une batterie très professionnelle.
Compte tenu des nombreuses innovations apportées à la voiture, l'équipe est très satisfaite des performances individuelles. Dans le même temps, une bonne base a été posée pour les saisons à venir, afin d'obtenir des résultats encore plus importants. Angst+Pfister croise les doigts.
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