Protection Ex pour le marché de l'hydrogène

Des experts espagnols de la haute pression conquièrent le marché de l'hydrogène

Depuis plus de 20 ans déjà, Hiperbaric excelle dans la technique de la haute pression. La technique HPP (High Pressure Processing) du constructeur de machines espagnol permet de conserver les aliments et les boissons sans les exposer à des températures élevées ou à des produits chimiques. Dans ce secteur, l'entreprise, dont le siège se trouve à Burgos dans le nord de l'Espagne, s'est forgé une réputation de leader du marché et de la technologie.

Mais il ne faut jamais se reposer sur ses lauriers. Oscar Garcia, technicien des ventes et du marketing chez Hiperbaric, raconte l'évolution qui a commencé il y a sept ans : « Notre département R&D a commencé à réfléchir à la manière dont notre compétence en matière de très haute pression, que nous utilisions jusqu'à présent pour le fluide eau, pourrait être mise à profit dans d'autres domaines d'application ». L'un des projets visait ce que l'on appelle le pressage isostatique à chaud (HIP), qui consiste à usiner des pièces métalliques ou céramiques avec de l'argon à haute pression et à haute température. Entre-temps, Hiperbaric commercialise l'équipement pour ce processus depuis quatre ans déjà.
 

Expertise sur la haute pression pour le marché d'avenir de l'hydrogène

L'un des secteurs les plus prometteurs nécessitant un fluide à très haute pression est cependant sans conteste la compression de l'hydrogène. Ce marché d'avenir a donc rapidement été au centre des préoccupations des développeurs d'Hiperbaric. Les experts internationaux sont convaincus qu'avec l'abandon des combustibles fossiles, le gaz deviendra l'une des sources d'énergie du futur. Si l'on produit de l'hydrogène à l'aide d'énergie verte par électrolyse de l'eau, il peut être utilisé comme stockage d'énergie pour les excédents d'énergie éolienne et solaire. Surtout sous forme de gaz, il est possible de le placer dans des réservoirs de stockage et de le transporter par pipeline. Grâce à des piles à combustible qui sont en quelque sorte l'inverse de l'électrolyse, on en récupère l'énergie électrique au moment et à l'endroit où elle est nécessaire.

Toutes les prévisions indiquent qu'à l'avenir, un champ d'application important pour l'hydrogène sera l'alimentation des piles à combustible dans les véhicules, les bateaux et même les avions. Les premiers modèles de voitures, camions et bus à hydrogène circulent déjà sur les routes d'Europe. Ils ont besoin d'être ravitaillés – et pour cela il faut de la pression, entre 350 (véhicules utilitaires) et 700 bars (voitures particulières), selon le véhicule à ravitailler. Les stations-service reçoivent l'hydrogène à l'état d'agrégat gazeux et le compriment davantage lors du ravitaillement. Hiperbaric veut participer à ce processus. Luis Ángel Ramos, responsable du département électrotechnique chez Hiperbaric, explique : « Grâce à notre expérience avec différents liquides sous pression, nous avions la compétence requise pour développer notre technique de compression de l'hydrogène. »
 

Projet phare pour le Centre national de l'hydrogène

Un projet d'hydrogène exceptionnel d'Hiperbaric s'est développé à partir de la collaboration avec le Centre national espagnol de l'hydrogène CNH2. L'objectif était de créer une solution complète de compression d'hydrogène à haute pression pour le ravitaillement de la dernière génération de véhicules à pile à combustible, qui serait utilisée dans une nouvelle usine de production d'hydrogène (à Puertollano) dans le sud de l'Espagne. En tant que projet de démonstration pour la fourniture de services de ravitaillement en hydrogène pour les voitures, il revêt une importance particulière aussi bien pour Hiperbaric que pour son client. Hiperbaric a développé à cet effet un compresseur d'hydrogène capable de remplir des réservoirs d'hydrogène à une pression allant jusqu'à 1000 bars. « L'objectif du projet est de rendre visible l'économie de l'hydrogène et de contribuer au développement de l'infrastructure pour la fourniture d'hydrogène à une pression plus élevée. L'accent est mis sur la mobilité des véhicules légers », explique Luis Ángel Ramos.

À bien des égards, les défis rencontrés lors du développement de la solution de compression d'hydrogène étaient similaires à ceux qu'Hiperbaric a dû relever depuis des années dans le cadre de ses projets alimentaires. Dans ce cas également, une grande efficacité était nécessaire pour maintenir les coûts d'exploitation à un niveau bas. « Mais nous devions également répondre à des exigences particulières liées aux propriétés spécifiques de l'hydrogène », se souvient Luis Ángel Ramos, « notamment éviter un retrait excessif de chaleur et assurer un niveau de sécurité particulièrement élevé afin de garantir un fonctionnement sûr pour les personnes, le matériel et l'environnement. » 
 

De l'hydrogène sans huile même après la compression

Outre le confort d'utilisation, c'est justement la sécurité maximale qui revêtait une importance particulière pour CNH2. Hiperbaric a pu mettre cela en œuvre de manière convaincante. « Les principaux composants de l'unité de compression sont le multiplicateur haute pression qui dispose de différentes sections pour effectuer la compression, ainsi que différents systèmes qui rendent les unités sûres, efficaces et fiables. L'une des principales caractéristiques de cette unité est qu'elle conserve une pureté maximale de l'hydrogène grâce à l'absence de lubrification à l'huile », d'après les explications techniques fournies à l'occasion de l'Hydrogen Technology Expo en Allemagne et sur le salon français Hyvolution en 2021, où Hiperbaric a présenté pour la première fois à un public international de spécialistes sa technologie de compression d'hydrogène pour une mobilité durable.

Expertise sur la protection contre les explosions par le leader du marché

En matière de sécurité, les développeurs espagnols ont fait appel à l'expertise sur la protection Ex de l'entreprise internationale R. STAHL, dont le siège est en Allemagne. « Nous avons choisi R. STAHL parce qu'il est l'un des principaux fournisseurs mondiaux de solutions ATEX et qu'il possède une grande expérience dans des projets similaires où la protection contre les explosions doit être assurée », explique Luis Ángel Ramos, avant d'ajouter : « Et bien sûr, parce qu'Hiperbaric cherchait un partenaire qui puisse nous aider à développer notre solution et qui ne soit pas qu'un 'simple' fournisseur ». En collaboration avec les experts de R. STAHL, les développeurs d'Hiperbaric ont travaillé sur trois systèmes différents et complémentaires dans le cadre de ce premier projet commun:

• une commande 8150/5, zone 1, ATEX pour E/S déportées 1718 (fournie par Rockwell)
• un pupitre 7145/5, zone 2, ATEX pour l'IHM
• une unité de commande antidéflagrante composée de :
  • 1 boîtier Ex d 8264/-995-3.. 0 (730 x 730 x 330)
  • 1 boîtier Ex d 8264/-935-3.. 0 (730 x 480 x 330)
  • 1 boîtier Ex e 8150/5-E-0730-0480-330-1111
  • 1 boîtier Ex e 8150/5-E-0480-0360-330-1111

Divers modules d'isolation R. STAHL ont également été installés dans les commandes (par ex. module relais IS 9270/11-16-14s réf. 9270A ; sortie binaire IS 9275/10-24-48-11s réf. 9275B ; unité d'alimentation de transmetteur IS 9260/23-11-10s SIL réf. 9260B). Chacune des pièces est certifiée selon la directive européenne ATEX.

L'armoire électrique principale a été préparée pour fonctionner dans la zone 1 ATEX. Pour ce faire, une séparation physique a été réalisée entre le circuit d'hydrogène et l'installation de compression, ainsi qu'entre l'installation hydraulique et les armoires électriques. Un système de ventilation renouvelle continuellement l'air dans l'installation afin d'éviter une concentration critique d'hydrogène dans le groupe de compression. Ceci est assuré à l'aide de divers instruments de mesure pour détecter les fuites.

Le système d'E/S déportées IS1+ pour la zone Ex n'a pas été utilisé dans le cadre du projet CNH2. « Nous l'avons utilisé dans d'autres projets développés en collaboration avec R. STAHL », rapporte Luis Ángel Ramos, qui souhaite mettre en avant le système en raison de l'expérience acquise à cette occasion. Il a été très satisfait des composants livrés ainsi que de la solution globale obtenue et du service technique fourni par les experts en protection Ex. C'est pourquoi la collaboration s'est poursuivie dans les projets d'hydrogène suivants d'Hiperbaric.

De l'hydrogène comprimé pour les voitures…

Entre-temps, le compresseur d'hydrogène, y compris toutes les unités de commande et de contrôle, a été livré sur le futur site d'exploitation sous forme de conteneur standard de 20 pieds. Dès que les électrolyseurs y seront en service, la solution à haute pression de 1000 bars comprimera l'hydrogène produit de manière à pouvoir remplir 100 réservoirs de voitures par jour. L'hydrogène est moins fortement comprimé lorsque les véhicules lourds sont ravitaillés. Hiperbaric propose à cet effet un modèle de compresseur pouvant atteindre 500 bars. 

…et l'ensemble de la chaîne de valeur

En tant que premier fabricant espagnol de compresseurs d'hydrogène, Hiperbaric profitera certainement du développement de l'infrastructure hydrogène en Espagne et au-delà. Des solutions de compression adaptées à chaque cas d'application peuvent être utilisées à différents niveaux de la chaîne de valeur de l'hydrogène. L'entreprise apporte ainsi une contribution précieuse au remplacement des combustibles fossiles par des sources d'énergie durables et vertes. L'étroite collaboration avec les experts en protection Ex de R. STAHL continue d'assurer la sécurité de la technologie de l'hydrogène haute pression.