L’hydrogène, une molécule de toutes les couleurs
L’hydrogène (H) est le plus souvent présent sous sa forme diatomique (H2) mais peut aussi exister, à haute température, en atomes seuls. Le dihydrogène est un gaz transparent quand les conditions de température et de pression sont normales. Il existe de l’hydrogène naturel sur Terre dont la production a été estimée de 50 à 1 900 kg/km2/jour.
Cependant, les techniques et les endroits les plus propices à sa récupération ne sont pas encore définis. Communément appelé hydrogène, le dihydrogène est considéré comme un « vecteur énergétique » car l’énergie qu’il contient peut être récupérée en le brûlant ou avec une pile à combustible.
Il est produit de plusieurs manières qui conditionnent son impact environnemental. L’hydrogène « vert » est celui qui est fabriqué par électrolyse de l’eau en utilisant des sources renouvelables d’énergie (solaire, éolienne ou hydroélectrique par exemple). Si l’énergie électrique provient de l’industrie nucléaire, l’hydrogène est dit « bas carbone » ou « jaune ». Lorsque l’hydrogène provient d’un processus se basant sur le charbon, il est appelé « noir ou « marron ». Quand le gaz naturel sert à sa production, il est appelé « hydrogène gris ».
L’hydrogène n’est pas une nouvelle source d’énergie puisqu’en 2019 70 millions de tonnes ont été produites dans le monde. Cependant, 96% de cette production utilise des énergies fossiles, générant ainsi 830 millions de tonnes de CO2. En effet, la production par électrolyse est plus complexe et ses rendements ne sont pas très élevés avec une perte d’environ 30%.
De plus, lors de l’utilisation de l’hydrogène pour produire de l’électricité (grâce à une turbine ou une pile), la conversion génère une perte additionnelle de 30 à 40%.
L’hydrogène, en tant que source d’énergie, présente aussi certains inconvénients. C’est un gaz explosif et particulièrement inflammable. Il faut donc que les installations soient particulièrement bien conçues, d’autant plus que les risques de fuites sont importants et que la fabrication de réservoirs totalement étanches est presque irréalisable.
« 96% de cette production utilise des énergies fossiles, générant ainsi 830 millions de tonnes de CO2 »
Comment cet hydrogène est-il produit ?
L’hydrogène peut donner de l’eau en réagissant avec l’oxygène. C’est pourquoi il est possible de le produire par électrolyse de l’eau : l’eau (H2O) est séparée en dihydrogène (H2) et oxygène (O) en utilisant un courant électrique. Trois méthodes existent à ce jour pour pratiquer l’électrolyse.
La première s’appelle l’électrolyse alcaline, utilisant de l’hydroxyde de potassium. Cette technologie déjà industrialisée demande le moins d’investissements. Son rendement est d’environ 70%.
La seconde méthode est l’électrolyse PEM (protons exchange membrane, soit membrane échangeuse de protons), avec des catalyseurs principalement en platine. Son rendement varie de 62 à 77%. Elle est plus coûteuse mais elle est mieux adaptée à une combinaison avec des énergies intermittentes comme le soleil ou le vent que la méthode alcaline.
La troisième technologie fonctionne à haute température. Développée par le CEA (Commissariat à l’énergie atomique), elle permettrait d’atteindre un rendement de 90% mais elle doit encore passer au stade industriel. L’utilisation de l’électrolyse pour remplacer la technique actuelle, le vaporeformage, permettrait de réduire d’1% les émissions nationales de CO2 d’ici 2035, soit environ 6 millions de tonnes par an.
L’électrolyse est l’un des moyens utilisés actuellement pour produire de l’énergie.
Si la production d’hydrogène vert atteignait un meilleur rendement en milieu industriel, elle pourrait servir à plusieurs applications. L’hydrogène vert pourrait remplacer l’hydrogène « gris » notamment dans l’industrie chimique et pétrolière. La sidérurgie est aussi un débouché possible en remplacement du charbon lors du processus de fabrication de l’acier. Les transports, et particulièrement les camions, trains et avions, sont également susceptibles de fonctionner avec de l’hydrogène vert.
La France a prévu une stratégie nationale pour développer la production d’hydrogène décarboné ou vert avec un budget de 7 milliards d’euros d’ici 2030. Le but de ce plan est d’investir dans 3 axes prioritaires : la décarbonation de l’industrie, le développement des mobilités lourdes utilisant de l’hydrogène et le soutien de la recherche et de la formation.
Un jour il est probable que la recherche et développement facilite la production d’hydrogène avec plus de facilité, moins de carbone et peu d’énergie fossile.
En attendant, pour consommer une énergie peu carbonée, renouvelable et avec des matériaux recyclables à 95%, vous pouvez choisir l’énergie solaire.
