Des progrès considérables pour la plus petite molécule

L'utilisation de l'hydrogène n'est pas une nouveauté pour Baker Hughes : l'entreprise a construit son premier compresseur alternatif à hydrogène dans les années 1910. Forte de cette vaste expérience dans le domaine, elle a été pionnière dans la transition énergétique en s'intéressant très tôt aux opportunités offertes par l'hydrogène et a réalisé depuis des progrès considérables .

Raimondo Giavi, vice-président de la division hydrogène chez Baker Hughes, a expliqué que la stratégie de l'entreprise en matière d'hydrogène couvre différents aspects : « Nous poursuivons bien sûr le développement continu de nos produits conventionnels pour la compression et la manipulation de l'hydrogène. Outre les compresseurs, domaine dans lequel nous possédons une expertise de plus de 100 ans, nous proposons des moteurs principaux tels que la première turbine à gaz commercialement viable fonctionnant à 100 % à l'hydrogène. »

Les turbines industrielles NovaLT16 ont été testées pour fonctionner avec des mélanges allant jusqu'à 100 % d'hydrogène au centre d'essais d'hydrogène Baker Hughes de Florence.

« Il ne faut cependant pas oublier d’autres composants essentiels à une utilisation sûre et efficace de l’hydrogène : les pompes et les vannes en premier lieu, mais aussi tout ce qui concerne les technologies de détection, de surveillance et de diagnostic, qui sont des éléments clés dans ce domaine particulier. »

Le second aspect concerne la standardisation et la modularisation de la gamme de produits : « Cette approche est fondamentale sur ce marché, car le principal obstacle au développement de la production, des infrastructures et de la manipulation de l’hydrogène est le coût. Il va de soi que la standardisation des composants, dans le cadre d’une approche modulaire, contribue significativement à réduire les coûts. »

Un autre axe de développement pour Baker Hughes concerne les solutions de production d'hydrogène bas carbone : « Nous investissons dans des technologies telles que la pyrolyse du méthane, les membranes échangeuses d'anions (MEA), les cellules d'électrolyse à oxyde solide (SOEC) et les essais sur le terrain de la technologie du plasma de méthane », a déclaré Giavi. « Il s'agit de solutions de deuxième et troisième génération qui s'appuient sur les technologies existantes pour réduire les coûts, accroître l'efficacité et adapter leur application aux besoins de la transition énergétique. »

En 2023, Baker Hughes a signé un accord avec ADNOC pour étudier et tester le déploiement de solutions innovantes issues de son portefeuille hydrogène.

Cette collaboration comprend une technologie d'électrolyseur de nouvelle génération afin d'explorer la possibilité d'installer et d'exploiter un électrolyseur au Centre de recherche et d'innovation d'ADNOC (ADIRC) à Abou Dhabi ; des essais sur le terrain de la technologie du plasma de méthane pour capturer le carbone sous forme de graphène et d'hydrogène de haute qualité dans les installations d'ADNOC Gas ; et des essais d'utilisation de la technologie de pyrolyse du méthane pour produire de l'hydrogène à faible intensité de gaz à effet de serre.

Cette collaboration s'appuie sur l'engagement d'ADNOC à hauteur de 15 milliards de dollars en faveur de projets de décarbonation d'ici 2030.

Enfin, un autre aspect clé exploré par Baker Hughes concerne la maintenance et le service après-vente. Giavi a indiqué que, pour les produits fonctionnant à l'hydrogène, le service après-vente reste encore quelque peu négligé, car ces technologies sont récentes et peu d'acteurs anticipent le contexte post-vente. Ce n'est pas le cas de Baker Hughes, qui développe une approche spécifique de la maintenance de l'hydrogène, fondée sur les pratiques et l'expérience acquises au fil de nombreuses années dans la maintenance de composants plus conventionnels.

Selon Giavi : « Les pratiques de service de base restent fondamentalement les mêmes, mais l'application de solutions numériques offre une opportunité incroyable, car une économie de l'hydrogène représente une page blanche quasi totale pour expérimenter et adopter les meilleures solutions qui en résultent. »

Dans le cadre de la stratégie hydrogène de Baker Hughes, l'inauguration officielle, il y a quelques mois, du nouveau centre d'essais d'hydrogène a constitué une étape majeure.

L'installation d'essais d'hydrogène a été utilisée pour la validation des turbines industrielles NovaLT16 afin de fonctionner avec des mélanges allant jusqu'à 100 % d'hydrogène.

La nouvelle installation comprend un banc d'essai permettant des tests à pleine charge, avec une flexibilité totale en matière de carburant jusqu'à 100 % hydrogène, et dispose d'une pression de 300 bars et d'une capacité de stockage d'hydrogène de 2 450 kg. Cette infrastructure, conforme aux normes de sécurité les plus strictes, permet à Baker Hughes de tester les turbines dans toutes les conditions de projet, offrant ainsi à ses clients une confiance opérationnelle accrue.

Giavi a expliqué que la turbine à gaz NovaLT16, conçue pour un fonctionnement à 100 % à l'hydrogène, est dotée d'un nouveau système de combustion à trois canaux qui permet de modifier le mélange de carburant à la volée et sous n'importe quelle charge.

« Ce qui est vraiment impressionnant, c’est que cette turbine peut démarrer directement à l’hydrogène pur , grâce à une conception spéciale pour le contrôle de la flamme », a-t-il ajouté. « La flamme d’hydrogène est très instable et le démarrage à froid est donc un peu plus délicat à gérer qu’avec du gaz. »

Une autre caractéristique de la NovaLT16 fonctionnant à 100 % à l'hydrogène est son système de mélange de carburant, monté séparément de la turbine. Giavi a expliqué que ce système serait totalement inutile si la turbine à gaz pouvait fonctionner à l'hydrogène pur, sans aucun apport de gaz naturel. Une telle situation reste encore lointaine, hormis quelques rares projets de production d'hydrogène où l'approvisionnement ne poserait aucun problème.

« À titre d’exemple, citons le nouveau complexe énergétique à hydrogène à bilan carbone nul d’Air Products à Edmonton, dans la province de l’Alberta, au Canada. Baker Hughes avait déjà fourni à Air Products une technologie de pointe en matière de compression d’hydrogène et de turbines à gaz, notamment les turbines NovaLT16. »

En ce qui concerne la compression de l'hydrogène, Giavi a déjà évoqué les tout débuts des compresseurs alternatifs Baker Hughes pour l'hydrogène au début du XXe siècle : « Plus récemment, Baker Hughes a été le premier à développer des compresseurs centrifuges spécifiquement conçus pour l'hydrogène », a-t-il déclaré.

Actuellement, les compresseurs centrifuges à hydrogène sont de deuxième génération (compresseurs HPRC à rapport de pression élevé). Le développement de la troisième génération de ces compresseurs, qui devrait révolutionner l' industrie de la compression de l'hydrogène, est en cours.

Les compresseurs centrifuges à hydrogène de troisième génération de Baker Hughes reprennent la conception de base standard des compresseurs centrifuges conventionnels de l'entreprise, mais leurs limites physiques sont poussées à leurs limites maximales.

Selon Giavi, l'un des objectifs de conception des compresseurs de 3e génération est de réduire l'encombrement : « Nous sommes partis de la conception standard de nos compresseurs centrifuges et l'avons poussée à ses limites physiques. En effet, en conservant les mêmes dimensions et en doublant la vitesse de la roue du compresseur, nous pouvons augmenter significativement la quantité d'hydrogène traitée et atteindre des niveaux de compression plus élevés. »

« Cependant, une vitesse plus élevée engendre des contraintes importantes sur les matériaux. D’où le choix de matériaux tels que des alliages spéciaux non conventionnels et l’adoption d’autres solutions de fortune. »

Giavi a conclu en expliquant que le centre d'essais d'hydrogène du siège de Baker Hughes à Florence n'est que la première étape vers la réalisation d'un village de l'hydrogène.

L'installation de stockage d'hydrogène du centre d'essais d'hydrogène Baker Hughes à Florence fournit du carburant pour les essais de turbines ; l'entreprise prévoit de construire à l'avenir son propre site de production d'hydrogène vert .

Giavi a souligné que l'un des principaux obstacles au développement futur de l'hydrogène réside dans l'absence de normes et de réglementations concernant sa manipulation en milieu urbain. À l'heure actuelle, seules les réglementations en vigueur pour les raffineries, les usines d'engrais, etc., constituent un cadre réglementaire suffisant.

« Actuellement, de nombreux pays lancent des projets liés à l'hydrogène, chacun semblant suivre sa propre voie. Il manque une approche commune du commerce de l'hydrogène et un système standardisé de certification , ou au moins des paramètres définis permettant d'harmoniser les certifications entre les différents pays. »