PartagerConférence de l’IIF Cryogenics 2025 : Valoriser l’énergie froide résiduelle de l’hydrogène liquide pour économiser de l’énergie lors de la liquéfaction de l’azote
F. Herzog et al. proposent de récupérer l’énergie froide issue de la production d’hydrogène liquide pour la réutiliser dans la production d’azote liquide. Cette approche permettrait de réduire la consommation énergétique de la liquéfaction de l’azote tout en limitant les besoins en chaleur lors de la regazéification de l’hydrogène.
La séparation de l’air par distillation cryogénique est une technologie éprouvée pour la production en masse de composants gazeux de l’air tels que l’oxygène et l’azote, utilisés dans un large éventail d’applications industrielles. L’azote liquide est par exemple couramment employé dans l’industrie alimentaire et celle des boissons, depuis la transformation des aliments jusqu’au transport frigorifique dans des camions refroidis par cryogénie [1]. Après séparation, le gaz est liquéfié pour pouvoir être livré à moindre coût. La production d’azote liquide entraîne donc des émissions de CO2 [2].
Lors de la dernière conférence IIF sur la cryogénie, qui s’est tenue à Prague (République tchèque) du 7 au 11 avril 2025, F. Herzog et ses collaborateurs ont proposé de récupérer l’énergie froide résiduelle issue de la production d’hydrogène liquide et de l’utiliser dans la production d’azote (ou d’oxygène) liquide [3].
L’hydrogène liquéfié est entreposé dans des terminaux à une température de – 253 °C (20 K). Lorsqu’il est nécessaire, il est retiré des réservoirs de stockage, pressurisé à l’aide de pompes cryogéniques, regazéifié grâce à l’apport de chaleur, puis injecté dans un réseau de gazoducs. L’énergie froide de l’hydrogène liquide reste alors inexploitée.
Dans le même temps, l’azote est séparé de l’air dans une usine classique de séparation de l’air, puis liquéfié. L’énergie froide provenant du fonctionnement d’un terminal d’hydrogène liquide pourrait contribuer à accroître l’efficacité du processus de séparation de l’air.
Cependant, F. Herzog et al. proposent que cette énergie froide soit principalement utilisée pour la liquéfaction de l’azote, processus le plus énergivore. La condensation de l’azote pourrait ensuite se dérouler pratiquement sans apport d’énergie extérieure.
La figure 1 présente les principaux éléments d’une installation de production d’azote liquide dit « vert ». Celle-ci se compose essentiellement d’une usine de séparation d’air conventionnelle, d’un terminal d’hydrogène liquide et de l’équipement servant à la liquéfaction de N2.
L’hydrogène liquide du réservoir est d’abord amené par l’intermédiaire d’une pompe à la pression nécessaire pour alimenter le réseau de gazoduc (80 bars, par exemple). À la place de l’échangeur de chaleur habituellement positionné à la suite pour la regazéification de l’hydrogène, on installe les dispositifs de liquéfaction de l’azote.
D’importantes économies d’énergie peuvent ainsi être réalisées lors de la production d’azote (ou d’oxygène) liquide, tout en réduisant les besoins thermiques de la regazéification de l’hydrogène.
Si l’hydrogène doit être entreposé sous forme liquide puis utilisé à l’état gazeux ou supercritique, son énergie froide résiduelle peut être utilisée pour liquéfier l’azote (ou l’oxygène) ou pour faire fonctionner des usines de séparation de l’air cryogéniques de manière plus efficace sur le plan énergétique. Lors de la séparation des composants de l’air, près de 3 à 4 % de l’énergie électrique peut être économisée. Lors du processus de liquéfaction, le refroidissement de l’hydrogène peut servir d’unique source d’énergie (100 % d’économies).
Selon les auteurs, si le froid de l’hydrogène est pleinement valorisé, aucune énergie supplémentaire n’est nécessaire pour la regazéification. Pour un débit de production d’hydrogène de 1 000 kg/h, cela permet d’économiser environ 1 000 kW de chaleur.
Pour en savoir plus, consulter la communication disponible dans FRIDOC
Production d’azote « vert » à l’aide d’hydrogène liquide
Sources
[1] Baha M., Hammami S., Dupont J.-L. Le Rôle du froid dans l’économie mondiale. 3e édition. 60e Note d’information de l’IIF sur les technologies du froid. Institut international du froid (IIF). http://dx.doi.org/10.18462/iir.TechBrief.04.2025
[3] Herzog F., Schlotmann A., Corvay S., Evison T. Production of “green” nitrogen with liquid hydrogen. Cryogenics 2025. Compte rendu de la 18e conférence internationale de l’IIF sur la cryogénie. Prague (République tchèque), 7-11 avril 2025. https://iifiir.org/fr/fridoc/production-d-azote-vert-a-l-aide-d-hydrogene-liquide-150578
Crédit image à des fins d’illustration : Air Liquide, usine d’hydrogène vert à Las Vegas