Plateforme pour l’eau, le gaz et la chaleur
Globalement, Gaznat a toujours accordé une grande importance à l’innovation, surtout parce qu’elle joue un rôle essentiel dans le soutien de la transition énergétique. Il nous faut absolument trouver des solutions techniques pour l’avenir, afin de résoudre le problème de la décarbonation et de développer les énergies renouvelables. C'est pourquoi Gaznat a inauguré le 30 août 2023 à Aigle (Vaud), le plus grand laboratoire de Suisse romande à échelle industrielle pour le développement des gaz renouvelables neutres en CO2: l’Innovation Lab. Il s’agit du point central de notre nouveau projet énergétique, appelé GreenGas. Ce projet réunit deux innovations majeures arrivées à maturité: les prototypes d’un réacteur de méthanation, ainsi que des membranes pour la capture du CO2. Tous deux développés dans les laboratoires de l’EPFL Valais-Wallis en partenariat avec Gaznat, ils sont aujourd’hui testés à l’échelle industrielle sur cette nouvelle plateforme. En parallèle, nous avons développé le système d’un gazoduc tube-dans-tube, sous protection d’azote, et nous continuons d’étudier le projet de stockage de gaz en cavités rocheuses dans les Alpes valaisannes.
«Le projet GreenGas a pour objectif de démontrer le rôle essentiel que pourrait jouer à l’avenir les gaz renouvelables neutres en CO2.»
Le projet GreenGas a pour objectif de démontrer le rôle essentiel que pourraient jouer à l’avenir les gaz renouvelables neutres en CO2 (hydrogène et gaz de synthèse). En effet, différentes études montrent que la production d’électricité produite à partir de sources d’énergies renouvelables sera de plus en plus excédentaire pendant les périodes estivales. En outre, il faudra également se parer aux intermittences de ces énergies, notamment en hiver, en trouvant des moyens de stocker de l’énergie en grande quantité. Le stockage sous forme de «molécule» – par l’intermédiaire de gaz de synthèse par exemple – représente un enjeu majeur pour parvenir à un mix énergétique décarboné, et ajuster l’offre à la demande pour gérer les écarts entre les besoins saisonniers. Au début du projet, il y avait d’ailleurs une réflexion très pratique: comment parvenir à assainir, puis décarboner l’approvisionnement énergétique du site d’Aigle, qui accueille actuellement toute l’équipe technique de Gaznat? Il s’agissait de faire d’une pierre deux coups. D’une part, la création de l’Innovation Lab dans lequel seront testés les prototypes développés à l’EPFL. D’autre part, l’assainissement du site d’Aigle en l'alimentant avec des énergies renouvelables. Pour cela, nous avons construit de nouveaux réseaux, dont un réseau de chauffage à distance.
Nous avons travaillé avec l’EPFL pour la partie scientifique, et plus particulièrement avec le Professeur Kumar Agrawal pour le développement des membranes qui permettent de séparer le CO2, ainsi qu'avec le Professeur Andreas Züttel pour le développement du réacteur de méthanation. Nous avons obtenu des subventions financières de la part de l’OFEN, du fonds de recherche de l’ASIG et du canton de Vaud. Il était important pour nous d’obtenir ce soutien afin d’associer des fonds de recherche à nos développements réalisés avec l’EPFL. Cela apporte un certain prestige et une autorité morale à nos développements. En outre, les discussions avec les représentants des fonds de recherche nous ont permis de valider un certain nombre d’hypothèses et de mettre en place une gestion rigoureuse des projets avec des rapports intermédiaires.
Gaznat a joué plusieurs rôles. Premièrement, nous avons mis à disposition le lieu sur lequel est physiquement implantée la plateforme de l’Innovation Lab à Aigle. Dans ce cadre, nous avons dû réaliser des travaux sur le site, et procéder à des aménagements de notre système actuel de chauffage des bâtiments. Ensuite, nous avons mobilisé des ressources humaines en interne pour collaborer avec les équipes de l’EPFL afin de coordonner la logistique du projet, de réaliser le contrôle-commande et d’assurer le monitoring de la plateforme, mais aussi pour pouvoir le rendre visible auprès du grand public, des médias et des institutions politiques. Finalement, Gaznat a investi des moyens financiers importants à hauteur de 5,8 millions francs afin de tester les prototypes issus de la recherche encouragée par Gaznat à l’EPFL.
L’Innovation Lab est le nom que nous avons donné à la plateforme d’innovations technologiques en lien avec les énergies de demain, et qui est installée au sein de notre centre de conduite à Aigle. Ce lieu a pour mission de devenir une référence pour les projets soutenus à l’EPFL, mais aussi pour les Hautes Ecoles et les start-up qui souhaitent tester le résultat de leurs recherches dans un milieu industriel. L’Innovation Lab est constitué de douze châssis pour douze containers pouvant chacun accueillir une installation. Actuellement, huit containers sont utilisés, notamment pour l’électrolyseur – disponible sur le marché avec une très bonne efficacité et une certaine flexibilité de fonctionnement –, pour le réacteur de méthanation, pour le stockage de l’hydrogène, pour le système de cogénération, pour les membranes de capture du CO2 et pour le système de supervision qui assure la surveillance de tous les équipements. La flexibilité de l’électrolyseur nous permet de suivre la production d’électricité des panneaux photovoltaïques installés sur tous les bâtiments de notre site d’Aigle, et dont la puissance maximale est d’environ un demi mégawatts. Une nouvelle technologie – par hydrure métallique – a été choisie pour le stockage de l’hydrogène. La base de cette technologie a été développée à l’EPFL et par la société GRZ Technologies. En outre, nous avons la possibilité de stocker du CO2 liquide dans un silo de 22 000 litres situé à côté des containers. Etant donné que tous les réseaux d’énergie nécessaires - réseau de CO2, réseau d’hydrogène, réseau de gaz naturel, réseau électrique et réseau de chauffage à distance - sont présents sur le site, l’agrandissement de l’Innovation Lab par une deuxième plateforme, avec douze containers supplémentaires, est tout à fait possible.
«L’Innovation Lab est le nom que nous avons donné à la plateforme d’innovations technologiques en lien avec les énergies de demain, et qui est installée au sein de notre centre de conduite à Aigle.»
Deux thèmes de recherche avec leurs installations innovantes sont actuellement au premier plan. Premièrement, un réacteur de méthanation pour la production de méthane de synthèse, avec un taux de conversion du CO2 en un seul passage supérieur à 99,5% (inégalé à ce jour), ainsi qu’un rendement énergétique global élevé grâce à la récupération de l’énergie thermique dégagée par le processus de conversion. Le système est très compact par rapport à sa puissance, et l’’utilisation de la chaleur résiduelle a même permis d’en augmenter l’efficacité globale à plus de 80%. En outre, des membranes pour la capture du CO2, notamment sur les flux de combustion, provenant du couplage chaleur-force, sont testées. Grâce à la performance de ces membranes en graphène, les coûts pour la capture du CO2 seront très compétitifs par rapport à des installations classiques actuellement disponibles sur le marché. Le premier objectif est de capturer 10 kilogrammes de CO2 par jour par membrane. Un deuxième objectif, plus contraignant, a déjà été fixé: 40 kilogrammes de CO2 par heure. Une fois ces deux objectifs réalisées, la puissance sera progressivement augmentée avec un assemblage en pile (Roll-to-Roll).
Actuellement, plusieurs laboratoires de l’EPFL travaillent sur le thème de la capture du CO2. Nous espérons donc pouvoir tester à l’avenir d’autres systèmes que celui basé sur les membranes de graphène dans l’Innovation Lab. Nous sommes également en train de discuter de la manière dont d’autres développements de l’EPFL, notamment dans le domaine des piles à combustible réversibles, pourraient être testés dans l’Innovation Lab. De telles piles à combustible peuvent être utilisées aussi bien pour la production d’électricité que dans le sens inverse pour la production d’hydrogène à partir d’eau. Enfin, de nouvelles technologies d’électrolyse basées sur de nouveaux matériaux font également l’objet de travaux de recherche à l’EPFL. Il n’est donc pas exclu que nous testions ces nouvelles technologies dans l’Innovation Lab.
Nous ne pouvons pas communiquer de chiffres concernant chaque installation, car ils ne vaudraient rien sans valeur de référence. Nous pouvons dire que toutes les installations du projet GreenGas sont aujourd’hui fonctionnelles dans un environnement semi-industriel. Nous estimons qu’il va falloir un rodage d’environ douze mois sur le site d’Aigle, et de passer au moins un hiver, pour pouvoir effectuer une comparaison de performance avant et après un premier cycle de test.
Les projets financés par Gaznat et testés dans l’environnement industriel de l’Innovation Lab ont tous pour objectif d’être commercialisés. Pour se faire, ils doivent atteindre au minimum le niveau 7 sur l’échelle TRL (Technology Readiness Level). Actuellement, le réacteur de méthanation est en passe d’atteindre ce niveau. Les membranes pour la capture du CO2 quant à elles suivent derrière.
Oui, nous avons développé à l’interne la supervision dans ce sens afin d’optimiser les systèmes entre eux, notamment pour atteindre la plus haute efficacité énergétique possible pour l’alimentation du site d’Aigle. Cela a été une contribution importante de la part de Gaznat pour intégrer les différents éléments dans un système global, d’autant plus que chaque prototype a son processeur de pilotage individuel.
«Nous avons développé à l’interne la supervision de tous les systèmes afin de les optimiser entre eux, notamment pour atteindre la plus haute efficacité énergétique possible pour l'alimentation du site d'Aigle.»
La communication entre Gaznat – entreprise industrielle – et l’EPFL – milieu académique – a représenté un défi important du fait des méthodes de travail forts différentes. Les deux parties ont dû s’adapter pour que le pont entre le monde académique et le monde industriel puisse être établi. Il s’est également avéré que le monde académique avait d’autres objectifs et une autre échelle de temps. Dans cette collaboration, Gaznat a pu apporter son expertise industrielle dans les domaines du développement et du design, de la gestion des risques, ainsi que dans l’exploitation
et la maintenance d’infrastructures. En dépit ou plutôt grâce à ces défis, la collaboration a été très enrichissante et motivante pour les deux parties, et également pleine de promesses pour la transition énergétique. Il en a été de même avec GRZ Technologies, start-up spécialisée dans les installations en lien avec l’hydrogène, et qui a réalisé le design complet du réacteur de méthanation, ainsi que sa construction et sa mise en service. En parallèle, la grande diversité des équipements, la gestion des différentes interfaces, de même que la définition des modes opératoires de l’installation dans son ensemble, ont également représenté un défi majeur.
Nous avons déjà réalisé plusieurs tests qui se sont avérés concluant. A ce stade, le gaz de synthèse produit par les installations du projet GreenGas, est uniquement destiné à alimenter notre centre de conduite et de surveillance à Aigle, pour couvrir les besoins en énergie du site. Nous parlons ici du chauffage des locaux, et du préchauffage du gaz dans le poste de détente et de comptage qui se trouve sur le site.
Les différents processus sont surveillés par des processeurs ou automates, eux-mêmes reliés à un système de supervision qui intègre tous les paramètres contrôlés par les automates. La qualité du gaz de synthèse est surveillée par un chromatographe.
Il reste actuellement encore quatre emplacements disponibles au niveau de l’Innovation Lab qui pourront être attribués en 2024. Ils seront mis à disposition des écoles, des instituts de recherche et des start-ups, avec une priorité pour les demandes en provenance de la Suisse. L’allocation des containers se fera dans tous les cas pour des projets en lien avec l’innovation énergétique, et destinés à être développés à l’échelle industrielle, dans un but de commercialisation. L'un de ces projets est celui d’une pile à combustible réversible, couplée à une micro-turbine intégrant un système de capture du CO2. Toutefois, Gaznat ne prévoit pas de se lancer dans une industrialisation de ces produits, mais envisage davantage la cession de licences de commercialisation sur les brevets qu’elle détient dans les domaines de la capture du CO2 ou de la production de gaz de synthèse. Néanmoins, avant toute cession de licence, il est important de pouvoir démontrer une expérience réussie d’utilisation de ces produits dans un environnement industriel, ce qui est le rôle attribué à l’Innovation Lab.
Des projets prometteurs de production de méthane de synthèse sont en cours de test, mais la garantie de la sécurité d’approvisionnement pour un futur proche passe également par le développement d’une certaine indépendance au niveau du stockage sur le territoire national. Dans de nombreux pays, des stockages souterrains sont utilisés pour «entreposer» de grandes quantités de gaz naturel. Le gaz y est injecté sous pression, avant d’être soutiré en fonction des besoins. Comme la Suisse ne dispose pas d’installations de ce type, Gaznat collabore avec Storengy - une filiale du groupe français Engie exploitant les activités de stockage de gaz naturel, et de production et stockage de gaz renouvelables - pour ses besoins en stockage. Un accord a été passé entre la Suisse et la France, dans lequel les deux pays s’engagent, en cas de pénurie, à traiter les clients finaux suisses et français d’une même manière non discriminatoire. Il garantit aussi des réserves de gaz naturel pour Gaznat dans les stockages souterrains de France jusqu’à hauteur de 3 térawattheures.
Oui, effectivement, Gaznat poursuit le développement de son projet de stockage de gaz en cavités rocheuses dans le Haut-Valais, avec ses partenaires (Holdigaz, SIG et Oiken). Ce projet vise à stocker jusqu’à 1,5 térawattheures de gaz naturel (soit environ 4% de la consommation nationale) au moyen de la technologie LRC (Lined Rock Cavern). Si le projet obtient le soutien politique escompté, alors il pourrait être opérationnel au plus tôt après 2030. Outre l’importance géopolitique du gaz, le développement des gaz renouvelables et de l’hydrogène, la capture du dioxyde de carbone et le stockage de l’énergie excédentaire produite en été vont devenir des enjeux majeurs pour participer à l’objectif climatique de zéro émission nette de gaz à effet de serre à l’horizon 2050.
«Gaznat poursuit le développement de son projet de stockage de gaz en cavités rocheuses dans le Haut-Valais, avec ses partenaires.»
En 2023, Gaznat s’est concentrée sur l’aboutissement du projet GreenGas, lequel a mobilisé du personnel en interne et des ressources financières. Comme mentionné précédemment, nous espérons pouvoir attribuer en 2024 les emplacements encore disponibles pour des containers dans notre Innovation Lab à des partenaires dont les projets devront avoir un lien avec la transition énergétique. D’autres projets sont actuellement étudiés dans le cadre des appels à projets réalisés auprès de l’EPFL. Pour finir, nous étudions également la possibilité de développer des turbines de détente pour nos postes de livraison de gaz.
Cela dépendra de l’évolution du marché de l'hydrogène et des attentes envers ce vecteur d’énergie. Il y aura d’abord certainement des clusters au niveau de sites industriels grands consommateurs, comme par exemple la métallurgie ou la chimie.
Elle suit notamment les projets en développement, en particulier avec Engie à Etrez où une première cavité saline pilote à hydrogène a été inaugurée récemment. Une étude est également en cours pour analyser l’impact d’une conversion de certains gazoducs de Gaznat pour le transport d’hydrogène. Par ailleurs, nous nous penchons sur le développement des «hydroducs», en tant que conduites pour l’hydrogène ou le transport de CO2.
René Bautz a étudié l’ingénierie électrique et est titulaire d’un Master of Science de l’École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL). Il a consacré toute sa carrière professionnelle au secteur de l’énergie. En 2002, René Bautz a rejoint Gaznat, où il a commencé sa carrière en tant que directeur technique. Il a ensuite occupé le poste de directeur opérationnel pendant deux ans avant de prendre la direction générale de Gaznat en 2008.
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