Introduction
La technologie de stockage d'hydrogène solide est l'une des directions clés pour surmonter les obstacles du stockage et du transport d'hydrogène. Les matériaux à base de terres rares (comme les alliages de stockage d'hydrogène de type AB₅) et les matériaux à base de magnésium (comme le MgH₂) se complètent en termes de densité énergétique, de coût et de sécurité grâce à leurs différences de propriétés. En avril 2025, des percées dans l'industrialisation de ces deux types de matériaux ont été fréquemment observées dans le secteur mondial de l'énergie hydrogène : l'Université de Science et de Technologie de Chine a annoncé que la densité de stockage d'hydrogène atmosphérique des réservoirs de stockage d'hydrogène à base de terres rares atteignait 7,2 % en poids, et ThyssenKrupp en Allemagne a lancé un système de stockage d'hydrogène à base de magnésium avec une durée de vie en cycle dépassant 500 cycles. Cet article, basé sur les développements industriels de cette semaine, passe en revue systématiquement les voies technologiques, l'adaptabilité aux scénarios et les pratiques d'industrialisation des entreprises nationales pour ces deux types de matériaux, et explore leurs chemins de développement collaboratif.
I. Stockage d'hydrogène solide à base de terres rares : la « technologie fondamentale » pour les scénarios de haute densité énergétique
1. Caractéristiques techniques et percées clés
Les matériaux de stockage d'hydrogène à base de terres rares, représentés par LaNi₅ et MmNi₅ (alliages de nickel à base de terres rares mixtes), réalisent le stockage d'hydrogène par réactions d'hydrures métalliques. Leurs avantages techniques incluent:
Densité volumétrique de stockage d'hydrogène élevée : Sous pression normale, elle peut atteindre 30-35 kg/m³ (plus du double de celle du stockage d'hydrogène liquide), adaptée aux scénarios limités en espace comme les véhicules particuliers et les drones.
Stabilité sur une large plage de températures : Plage de fonctionnement de -30°C à 100°C, avec d'excellentes performances de démarrage à froid à basses températures (absorption d'hydrogène terminée en 5 minutes).
Durée de vie en cycle : Au niveau laboratoire, elle a dépassé 10 000 cycles (vérifié par les camions lourds à hydrogène de Toyota).
Progrès clés en avril 2025 :
Nouvel alliage de terres rares-métaux de transition par l'USTC : Utilisant le système composite CeCo₀.8Ni₀.2, la densité de stockage d'hydrogène atteint 7,2 % en poids sous 1 MPa de pression normale, avec une durée de vie en cycle dépassant 12 000 cycles, prévu pour être utilisé dans le projet de démonstration de bus à hydrogène de Shanghai Lingang.
Ligne de production de masse à faible coût de China Northern Rare Earth : Lancée à Baotou, en Mongolie intérieure, avec une capacité de production annuelle de 50 000 réservoirs de stockage d'hydrogène à base de terres rares, utilisant des alliages à base de Pr-Nd (contenu en lanthane-cérium > 60 %), avec un coût unitaire réduit de 40 % par rapport aux produits importés.
Matériau composite à base de terres rares et de vanadium par Youyan Technology Group : Développé un nouvel alliage (V₀.3Ce₀.7), avec une densité de stockage d'hydrogène de 35 kg/m³ sous 5 MPa de pression, adapté aux systèmes de propulsion des navires à hydrogène.
2. Scénarios d'application clés et pratiques nationales
(1) Fourniture dynamique d'hydrogène pour les véhicules à pile à combustible
Adaptabilité technique : Les réservoirs de stockage d'hydrogène à base de terres rares peuvent répondre aux demandes fréquentes de démarrage et d'arrêt des véhicules à pile à combustible. Par exemple, le camion lourd à hydrogène chinois « Hydrogen Teng 3.0 » est équipé d'un module de stockage d'hydrogène à base de terres rares, permettant une autonomie de 800 kilomètres sur la ligne de transport de charbon d'Ordos, avec une réduction de 12 % de la consommation d'hydrogène par 100 kilomètres par rapport aux systèmes d'hydrogène pur.
Cas récent : Shanghai Jie Hydrogen Technology a collaboré avec China Northern Rare Earth pour intégrer des réservoirs de stockage d'hydrogène à base de terres rares dans les systèmes de stockage des stations de recharge d'hydrogène, compatibles avec les stations de recharge d'hydrogène de 35 MPa, visant un taux de localisation supérieur à 90 % d'ici 2026.
(2) Génération d'énergie distribuée pour le nivellement de charge
Solution d'intégration système : Les réservoirs de stockage d'hydrogène à base de terres rares sont intégrés avec des piles à combustible pour réaliser une conversion bidirectionnelle « hydrogène-électricité ». Le système de génération d'énergie distribuée de 50 kW lancé par Hyzon Motors en Allemagne peut fournir une alimentation électrique stable pendant les pics de charge du réseau, avec un rendement cyclique de 45 %.
Application nationale : Weishi Energy a introduit un système de génération d'énergie distribuée à base de stockage d'hydrogène à base de terres rares et de piles à combustible, adapté aux scénarios de sauvegarde des centres de données, réduisant le temps de réponse à 10 secondes.
(3) Alimentation d'urgence et équipements haut de gamme
Solution de Toshiba : Une pile à combustible de 5 kW couplée à un réservoir de stockage d'hydrogène à base de terres rares a été déployée comme source d'alimentation de secours dans un centre de données de Tokyo.
Percée nationale : Zhongzi Environmental Protection a développé une technologie de récupération de catalyseur à base de terres rares, atteignant un taux de récupération de plus de 95 % pour le lanthane et le cérium par procédés hydrométallurgiques, réduisant les coûts de 60 % par rapport aux terres rares primaires.
II. Stockage d'hydrogène solide à base de magnésium : un « perturbateur » pour le stockage d'énergie de longue durée à faible coût (LDES)
1. Caractéristiques techniques et percées nationales
Les matériaux de stockage d'hydrogène à base de magnésium (par exemple, MgH₂) stockent l'hydrogène par la réaction réversible de magnésium et d'hydrogène, avec une densité théorique de stockage d'hydrogène de 7,6 % en poids. Cependant, la cinétique est lente (nécessitant une activation à haute température). Les percées technologiques de 2025 se concentrent sur :
Modification nanostructurale : Les particules de magnésium sont raffinées à moins de 50 nm par broyage, réduisant la température d'absorption d'hydrogène de 300°C à 150°C et augmentant le taux d'absorption d'hydrogène par trois fois.
Optimisation du catalyseur : Le catalyseur bimétallique Ti/Fe développé par ThyssenKrupp a augmenté la durée de vie en cycle du MgH₂ de 300 à 500 cycles.
Progrès clés en avril 2025 :
Projet d'hydrogène vert du Moyen-Orient de China Energy Construction : Utilisé des réservoirs de stockage d'hydrogène à base de magnésium pour stocker la capacité de production d'hydrogène fluctuante de l'éolien et du solaire, avec une durée de stockage d'hydrogène de 72 heures, réduisant les coûts du système de 40 % par rapport au stockage d'hydrogène liquide.
Ligne de production annuelle de 200 MWh de Yunhai Metals : Établie une ligne de production de réservoirs de stockage d'hydrogène à base de magnésium à Chizhou, Anhui, en utilisant un processus intégré de broyage-sinterisation, augmentant le taux de rendement à 75 %, et appliqué dans le projet intégré photovoltaïque-hydrogène-stockage du Qinghai.
Solution de stockage et de transport transfrontalier de Shanghai Magnesium Power : En partenariat avec Mitsui, a piloté un essai de « reformage à la vapeur du méthane pour la production d'hydrogène-stockage à base de magnésium » à Dubaï, avec une capacité de réservoir de stockage d'hydrogène à base de magnésium de 10 MWh, réduisant le volume de 60 % par rapport aux réservoirs d'hydrogène liquide.
2. Scénarios d'application clés et pratiques nationales
(1) Stockage d'énergie de longue durée industriel
Projet de nouvelle ville NEOM en Arabie Saoudite : China Energy Engineering Corporation a fourni un système de stockage d'hydrogène à base de magnésium de 50 MWh pour atténuer l'intermittence de la production d'énergie éolienne et solaire, réduisant le coût total de cycle de 40 % par rapport au stockage d'hydrogène liquide.
Matériau de stockage d'hydrogène composite rare earth-magnésium de CATL : Développé un matériau composite Mg₂NiH₄/CeO₂, abaissant la température d'absorption d'hydrogène à 150°C, adapté aux camions lourds sur la ligne de transport de charbon d'Ordos, augmentant l'autonomie à 1 000 kilomètres.
(2) Approvisionnement en hydrogène pour les îles et les réseaux isolés
Projet de Kagoshima au Japon : Toray a déployé un électrolyseur de 5 MW + un système de stockage d'hydrogène à base de magnésium de 20 MWh pour assurer l'approvisionnement en électricité d'une communauté isolée, réduisant le coût total de cycle de 25 % par rapport à la production d'électricité au diesel.
Scénario d'adaptation nationale : Yunhai Metals a fourni un système à base de magnésium pour le projet de stockage éolien-solaire-hydrogène du Qinghai, stockant 48 heures de capacité fluctuante, réduisant le coût de 50 % par rapport à l'hydrogène liquide.
(3) Commerce transfrontalier d'énergie hydrogène
Projet pilote de GNL vers hydrogène entre le Moyen-Orient et l'Asie de l'Est : Shanghai Magnesium Power a collaboré avec Mitsui pour transporter de l'hydrogène sous forme solide par mer vers l'Asie de l'Est, évitant les coûts élevés et les risques de sécurité du stockage et du transport liquide.
III. Comparaison des voies technologiques et stratégies de développement collaboratif
- Comparaison des paramètres de performance
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Dimensions |
Stockage d'hydrogène à base de terres rares |
Stockage d'hydrogène à base de magnésium |
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Densité de stockage d'hydrogène |
Densité en masse 1,5-2,0 % en poids |
Théorique 7,6 % en poids, volume > 50 kg/m³ |
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Plage de température de fonctionnement |
-30°C à 100°C |
150°C à 300°C (source de chaleur requise) |
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Durée de vie en cycle |
Plus de 10 000 cycles |
500-1 000 cycles (après optimisation du catalyseur) |
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Coût |
Élevé (fluctuations importantes des prix des terres rares) |
Faible (ressources de magnésium abondantes) |
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Sécurité |
Stockage d'hydrogène à pression atmosphérique, sans risque de fuite |
Activation à haute température pose un risque de dérive thermique |
2. Scénarios d'application collaborative et pratiques nationales
(1) Système de stockage d'hydrogène hybride
Scénario de station de recharge d'hydrogène : La station de recharge d'hydrogène d'Anting à Shanghai utilise des réservoirs de stockage d'hydrogène à base de terres rares pour gérer le ravitaillement en hydrogène à haute fréquence des véhicules, tandis que les réservoirs de stockage d'hydrogène à base de magnésium stockent de l'hydrogène vert à faible coût.Le système combiné réduit les coûts de 20%.
Scénario de micro-réseau : Les matériaux à terres rares répondent aux demandes instantanées de puissance élevée (par exemple, lors des fluctuations de la puissance photovoltaïque), tandis que les matériaux à base de magnésium gèrent la production et le stockage d'hydrogène pendant les périodes de basse consommation d'électricité en heures creuses la nuit.
(2) Technologie de modification des matériaux
Développement d'alliages de terres rares-magnésium : Par exemple, le matériau composite Mg₂NiH₄ atteint une densité de stockage d'hydrogène de 3,5 % en poids et réduit la température d'absorption d'hydrogène à 100°C, actuellement en phase de test pilote.
Procédé de nano-couche : Le revêtement des particules de magnésium avec des oxydes de terres rares (comme le CeO₂) inhibe la décomposition de l'hydrogène, augmentant la durée de vie en cycle à 800 cycles.
IV. Défis d'industrialisation et opportunités politiques
1. Goulots d'étranglement techniques et directions de percée
Série de terres rares : Les fluctuations de l'offre de terres rares légères (par exemple, lanthane, cérium) font monter les coûts, nécessitant le développement de systèmes sans cobalt/nickel (par exemple, alliages de stockage d'hydrogène à base de fer).
Série à base de magnésium : Le rendement des lignes de production de mille tonnes est inférieur à 60%, nécessitant des percées dans les processus de broyage automatisé et les technologies de gestion thermique.
2. Lien entre politique et capital
Politiques nationales : Le ministère des Finances a inclus la R&D des matériaux de stockage d'hydrogène à base de terres rares dans le cadre des subventions, avec un maximum de 500 000 yuans par véhicule ; les systèmes de stockage d'hydrogène à base de magnésium reçoivent une subvention de 0,3 yuans/Wh en fonction de la capacité ESS.
Déploiement de capitaux : Au premier trimestre 2025, le financement national dans le secteur de l'hydrogène a dépassé vingt milliards de yuans, la piste du stockage d'hydrogène solide représentant 35 %, se concentrant sur les matériaux à base de magnésium (Yunhai Metals, Magnesium Power) et les catalyseurs à base de terres rares (Zhongzi Environmental Protection).
V. Perspectives futures : De la double impulsion à la compétition et à la coopération mondiale
Court terme (2025-2030) : Les terres rares dominent les scénarios de transport et de distribution, tandis que les matériaux à base de magnésium se concentrent sur les ESS industriels et le commerce transfrontalier.
Moyen terme (2030-2035) : Les alliages de terres rares-magnésium atteignent la commercialisation, et les systèmes de stockage d'hydrogène hybrides deviennent courants.
Long terme (après 2035) : Le stockage d'hydrogène solide, l'hydrogène liquide et le stockage d'hydrogène organique liquide forment une concurrence multi-technologique, rapprochant les coûts de toute la chaîne de l'hydrogène de ceux des énergies traditionnelles.
Conclusion principale : Les entreprises nationales, grâce à la stratégie de double impulsion "terres rares pour le transport et magnésium pour l'expansion des ESS", ont développé des capacités intégrées dans les matériaux, l'intégration de systèmes et le commerce transfrontalier. À l'avenir, il sera nécessaire de franchir des obstacles tels que la gestion thermique et la fabrication à grande échelle, favorisant la transition de la technologie de stockage d'hydrogène solide du laboratoire aux applications à grande échelle, et offrant une solution chinoise avantageuse en termes de coût et de performance pour l'industrie mondiale de l'hydrogène.
