【SMM Analyse】Terres rares & Magnésium - Technologie de stockage d'hydrogène solide dans différents scénarios : analyse approfondie des voies d'application et des pratiques des entreprises nationales

Introduction La technologie de stockage d'hydrogène en état 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 de puissance, de coût et de sécurité grâce à leurs différences de propriétés. En avril 2025, des percées mondiales dans l'industrialisation de ces deux types de matériaux dans le domaine de l'énergie hydrogène ont été fréquentes : l'Université de Science et Technologie de Chine a annoncé que la densité de stockage d'hydrogène sous pression normale des réservoirs de stockage d'hydrogène à base de terres rares a atteint 7,2 wt%, et ThyssenKrupp d'Allemagne a lancé un système de stockage d'hydrogène à base de magnésium avec une durée de vie en cycle dépassant 500 fois. Cet article, en combinant les dynamiques industrielles de cette semaine, classe systématiquement les voies techniques, l'adaptabilité des scénarios et les pratiques d'industrialisation des entreprises nationales de ces deux types de matériaux, et discute de leur parcours de développement collaboratif. I. Stockage d'hydrogène en état solide à base de terres rares : La « technologie fondamentale » pour les scénarios de haute densité de puissance 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 de stockage d'hydrogène volumétrique élevée : Sous pression normale, elle peut atteindre 30-35 kg/m³ (plus du double du stockage d'hydrogène liquide), adaptée aux scénarios limités en espace tels que les véhicules particuliers et les drones. Stabilité sur une large plage de températures : Plage de fonctionnement -30°C à 100°C, avec d'excellentes performances de démarrage à froid (absorption d'hydrogène terminée en 5 minutes). Durée de vie en cycle : Au niveau laboratoire, elle dépasse 10 000 cycles (vérifiée par le camion lourd à hydrogène de Toyota). Percées clés en avril 2025 : Nouvel alliage de terres rares-métaux de transition de l'USTC : Utilisant un système composite CeCo₀.8Ni₀.2, la densité de stockage d'hydrogène à 1 MPa sous pression normale a atteint 7,2 wt%, avec une durée de vie en cycle dépassant 12 000 fois, 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 : Une ligne de production de 50 000 réservoirs de stockage d'hydrogène à base de terres rares par an a été lancée à Baotou, Mongolie-Intérieure, utilisant des alliages à base de Pr-Nd (contenu en lanthane et cérium >60%), réduisant le coût par réservoir de 40% par rapport aux produits importés. Matériau composite rare earth-vanadium du groupe GRINM : Développé un nouvel alliage (V₀.3Ce₀.7), avec une densité de stockage d'hydrogène de 35 kg/m³ sous une pression de 5 MPa, adapté aux systèmes de propulsion navale 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 exigences de démarrage et d'arrêt fréquents des véhicules à pile à combustible. Par exemple, le camion lourd chinois « HydrogenTeng 3.0 » équipé d'un module de stockage d'hydrogène à base de terres rares a atteint une autonomie de 800 km sur la ligne de transport de charbon d'Ordos, avec une consommation d'hydrogène réduite de 12% par rapport aux systèmes d'hydrogène pur. Cas récent : Shanghai Jieqing Technology et China Northern Rare Earth ont collaboré 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 plus de 90% de localisation d'ici 2026. (2) Gestion de pointe de la génération d'énergie distribuée Solution d'intégration de système : Les réservoirs de stockage d'hydrogène à base de terres rares intégrés avec des piles à combustible réalisent une conversion bidirectionnelle « hydrogène-électricité ». Hyzon Motors d'Allemagne a lancé un système de génération d'énergie distribuée de 50 kW, capable de fournir une alimentation électrique stable pendant les pics de charge du réseau, avec un rendement en cycle 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 d'alimentation des centres de données, avec un temps de réponse réduit à 10 secondes. (3) Alimentation d'urgence et équipements haut de gamme Solution Toshiba : Un réservoir de stockage d'hydrogène à base de terres rares combiné avec une pile à combustible de 5 kW forme une source d'alimentation de secours, déjà déployée dans les centres de données de Tokyo. Percée nationale : Zihuan Environmental a développé une technologie de recyclage de catalyseurs à base de terres rares, atteignant un taux de récupération de lanthane et de cérium >95% par hydrométallurgie, avec des coûts 60% inférieurs aux terres rares vierges. II. Stockage d'hydrogène en état solide à base de magnésium : Le « perturbateur » pour le stockage d'énergie à long terme et à faible coût 1. Caractéristiques techniques et percées nationales Les matériaux de stockage d'hydrogène à base de magnésium (comme le MgH₂) stockent l'hydrogène par la réaction réversible de magnésium et d'hydrogène, avec une densité de stockage d'hydrogène théorique de 7,6 wt%, mais une cinétique lente (nécessitant une activation à haute température). Les percées technologiques de 2025 se concentrent sur : Modification de nanostructure : Par broyage à billes, les particules de magnésium sont raffinées à moins de 50 nm, réduisant la température d'absorption d'hydrogène de 300°C à 150°C et augmentant le taux d'absorption d'hydrogène trois fois. Optimisation du catalyseur : Le catalyseur bimétallique Ti/Fe de ThyssenKrupp a augmenté la durée de vie en cycle du MgH₂ de 300 à 500 cycles. Percées clés en avril 2025 : Projet d'hydrogène vert au Moyen-Orient de China Energy Engineering : Utilisation de réservoirs de stockage d'hydrogène à base de magnésium pour stocker l'énergie fluctuante de la production éolienne et solaire, avec une durée de stockage d'hydrogène de 72 heures, et des coûts de système 40% inférieurs au stockage d'hydrogène liquide. Ligne de production annuelle de 200 MWh de Yunhai Metal : Une ligne de production de réservoirs de stockage d'hydrogène à base de magnésium a été établie à Chizhou, Anhui, utilisant un processus intégré de broyage à billes et de frittage, avec un rendement augmenté à 75%, appliqué au projet d'intégration photovoltaïque-hydrogène du Qinghai. Solution de stockage et de transport transfrontalier de Shanghai Magnesium Power : En collaboration avec Mitsui, un pilote de « réforme de méthane pour l'hydrogène-stockage à base de magnésium » a été testé à Dubaï, avec une capacité de réservoir de stockage d'hydrogène à base de magnésium de 10 MWh, 60% plus petit en volume que les réservoirs d'hydrogène liquide. 2. Scénarios d'application clés et pratiques nationales (1) Stockage d'énergie à long terme au niveau industriel Projet de nouvelle ville NEOM : China Energy Engineering a fourni un système de stockage d'hydrogène à base de magnésium de 50 MWh, lisser l'intermittence de la production éolienne et solaire, avec des coûts de cycle de vie 40% inférieurs au stockage d'hydrogène liquide. Matériau de stockage d'hydrogène composite rare earth-magnésium de CATL : Développé un matériau composite Mg₂NiH₄/CeO₂, réduisant la température d'absorption d'hydrogène à 150°C, adapté aux camions lourds sur la ligne de transport de charbon d'Ordos, avec une autonomie augmentée à 1 000 km. (2) Approvisionnement en hydrogène pour les îles et les réseaux hors réseau Projet de Kagoshima, Japon : Toray a déployé un électrolyseur de 5 MW + un système de stockage d'hydrogène à base de magnésium de 20 MWh, fournissant une alimentation électrique communautaire hors réseau, avec des coûts de cycle de vie 25% inférieurs à la production d'énergie diesel. Scénario national approprié : Yunhai Metal a fourni un système à base de magnésium pour le projet photovoltaïque-hydrogène du Qinghai, stockant 48 heures d'énergie fluctuante, avec des coûts 50% inférieurs à l'hydrogène liquide. (3) Commerce transfrontalier d'hydrogène Pilote de gaz naturel liquéfié vers hydrogène entre le Moyen-Orient et l'Asie de l'Est : Shanghai Magnesium Power et Mitsui ont collaboré 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 techniques et stratégies de développement collaboratif 1. Comparaison des paramètres de performance 2. Scénarios d'application collaborative et pratiques nationales (1) Systèmes de stockage d'hydrogène hybrides 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 fréquent des véhicules, tandis que les réservoirs de stockage d'hydrogène à base de magnésium stockent de l'hydrogène vert à faible coût, réduisant le coût du système de 20%. Scénario de micro-réseau : Les matériaux à base de terres rares répondent aux demandes de puissance instantanée élevée (telles que les fluctuations de la production photovoltaïque), tandis que les matériaux à base de magnésium stockent l'hydrogène produit à partir de l'électricité bon marché de nuit. (2) Technologies de modification des matériaux Développement d'alliages à base de terres rares et de magnésium : Comme le matériau composite Mg₂NiH₄, avec une densité de stockage d'hydrogène de 3,5 wt%, et la température d'absorption d'hydrogène réduite à 100°C, actuellement en phase pilote. Procédé de nano-couche : Le revêtement des particules de magnésium avec des oxydes de terres rares (comme le CeO₂) inhibe la décomposition des hydrures, augmentant la durée de vie en cycle à 800 cycles. IV. Défis d'industrialisation et opportunités politiques 1. Goulots d'étranglement technologiques et directions de percée À base de terres rares : Les fluctuations de l'approvisionnement en terres rares légères (comme le lanthane et le cérium) augmentent les coûts, nécessitant le développement de systèmes sans cobalt/nickel (comme les alliages de stockage d'hydrogène à base de fer). À base de magnésium : Les lignes de production de mille tonnes ont un rendement inférieur à 60%, nécessitant des percées dans les processus de broyage à billes automatisés et les technologies de gestion thermique. 2. Synergie politique et financière Politiques nationales : Le ministère des Finances a inclus la R&D de matériaux de stockage d'hydrogène à base de terres rares dans le cadre des subventions, avec une subvention maximale de 5 millions de yuans par véhicule ; les systèmes de stockage d'hydrogène à base de magnésium reçoivent une subvention de 0,3 yuan/Wh en fonction de la capacité de stockage. Disposition de capitaux : Au premier trimestre 2025, le financement dans le secteur de l'énergie hydrogène en Chine a dépassé 20 milliards de yuans, avec 35% alloué à la piste de stockage d'hydrogène en état solide, se concentrant sur les matériaux à base de magnésium (Yunhai Metal, Magnesium Power) et les catalyseurs à base de terres rares (Zihuan Environmental). V. Perspectives futures : De la double impulsion à la compétition et à la coopération mondiale Court terme (2025-2030) : Les matériaux à base de terres rares domineront les scénarios de transport et de distribution, tandis que les matériaux à base de magnésium se concentreront sur le stockage d'énergie industrielle et le commerce transfrontalier.Moyen terme (2030-2035) : Les matériaux en alliage magnésium-terres rares seront commercialisés, et les systèmes hybrides de stockage d'hydrogène deviendront la norme. Long terme (après 2035) : Le stockage d'hydrogène à l'état solide, ainsi que le stockage d'hydrogène liquide et d'hydrogène liquide organique, formeront une compétition entre plusieurs technologies, rapprochant le coût de l'énergie hydrogène sur toute la chaîne de celui des énergies traditionnelles. Conclusion principale : Les entreprises nationales, grâce à la stratégie à double moteur « terres rares pour le transport, magnésium pour le stockage d'énergie », ont développé des capacités complètes dans les matériaux, l'intégration des systèmes et le commerce transfrontalier. À l'avenir, des avancées supplémentaires en gestion thermique et en fabrication à grande échelle seront nécessaires pour faire passer la technologie de stockage d'hydrogène à l'état solide du laboratoire à une application à grande échelle, offrant une solution chinoise rentable et performante pour l'industrie mondiale de l'énergie hydrogène.

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