May 16, 2022

Qu’est-ce que l’hydrogène et comment la produire ?

L’hydrogène est présenté comme une solution d’avenir pour atteindre les objectifs de la transition énergétique que la France s’est fixée. Moins émetteur de CO2, moins polluant et surtout produit localement, il pourrait s’imposer comme une alternative au pétrole et aux autres énergies fossiles.

Aujourd’hui, l’hydrogène ou dihiydrogène H2, est utilisé un élément chimique principalement dans l’industrie de la chimie. Mais il peut aussi transformer d’autres secteurs industriels comme celui  des transports et de l’énergie.

Nous verrons dans cet article comment l’hydrogène est produit et en quoi il aurait la possibilité d’être une issue plus verte dans un grand nombre d’activités.

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Qu’est-ce que l’hydrogène ?

Définition hydrogène

L’hydrogène, aussi nommé dihydrogène, est un corps léger, un gaz, que l’on emploie en tant que vecteur d’énergie. L’hydrogène est l’élément le plus abondant dans l’univers. Et pour cause, il compose les étoiles ! On le symbolise à travers la lettre H.

L’ensemble des vecteurs d’énergies qui existent à ce jour proviennent de sources qui sont exploitées. On pourra citer le pétrole ou le gaz qu’il faut aller chercher en souterrain.

Contrairement à ces matières premières citées ci-dessus, l’hydrogène ne peut pas être extrait de puits. En tous cas, il existe en très petite quantité sur la planète et son exploitation n’est pas encore d’actualité. Il faut donc le fabriquer pour profiter de ses avantages.

On a donné des noms à l’hydrogène en fonction de la façon dont il a été fabriqué. On peut citer :

  • l’hydrogène vert ou hydrogène renouvelable : il s’agit de l’hydrogène idéal qui est fabriqué avec le processus d’électrolyse de l’eau : on décompose un courant électrique issu d’énergies renouvelables pour obtenir d’un côté du dioxygène et de l’autre de l’hydrogène. Cette technique est la moins polluante et pourrait permettre de réduire les émissions de CO2 
  • l’hydrogène gris ou fossile est possible grâce à la technique du vaporeformage. Dans ce procédé de fabrication, on brûle du charbon ou du gaz naturel dans un réacteur à très haute température. Les gaz libérés se reforment et créent de l’hydrogène ainsi que du monoxyde de carbone. Cette technique de fabrication permet d’assurer plus de 95% de la production mondiale
  • l’hydrogène bleu est une alternative à l’hydrogène gris. C'est-à-dire que la production se fait exactement de la même manière. La seule différence consiste à capter et à réutiliser le monoxyde de carbone qui est relâché, cela en fait un méthode bas carbone
  • l'hydrogène jaune est aussi bas carbone : cela consiste à créer de l’hydrogène avec l’électrolyse provenant de l’énergie nucléaire

Comment fait-on de l’hydrogène ? Zoom sur les méthodes de production

La production de dihydrogène H2 se fait à partir de deux ressources principales : l’eau et le méthane. 

Cette source d’énergie prend forme au moment où l’on dissocie les deux molécules de méthane et d’eau. 

Pour la production, il existe trois grandes façons de réaliser cette action :

  • le reformage du gaz naturel à la vapeur d’eau ou vaporeformage : c’est la technique de production la plus courante. Sous l’action de la vapeur d’eau chaude, les atomes constitutifs du méthane se séparent pour créer d’une part de l’hydrogène et d’autre part du dioxyde de carbone. Le CO2 produit peut être capté et stocké pour être utilisé plus tard dans des processus industriels. On remarque aussi le développement de cette technique grâce à l’emploi du biométhane, aussi nommé gaz vert
  • La technique de l’électrolyse de l’eau est la deuxième façon de produire de l’hydrogène. Pour ce faire, un courant électrique est nécessaire. Il est exploité pour séparer une molécule d’eau en hydrogène et en oxygène. Ce procédé permet de créer un hydrogène pur 
  • La gazéification se sert du bois ou du charbon qui sont brûlés à très haute température. À ce stade, des gaz libérés engendrent de l’hydrogène et un mélange de monoxyde de carbone.

D’autres techniques de production sont à l’étude mais ne sont encore pas suffisamment développées comme l’émission d’hydrogène par procédés biologiques.

Enfin, une fois produit, l’hydrogène est acheminé par bateaux ou via des canalisations. Il sera ensuite utilisé comme hydrocarbure. Son avantage majeur est que la combustion de cet élément ne produit pas d’émission de CO2.

Les atouts et limites de l’hydrogène

L’hydrogène a trois principaux avantages si on s’intéresse à son impact sur l’environnement et l’économie. D’abord, l’hydrogène est un atout car sa combustion n’engendre pas de CO2 au contraire du gaz, du charbon ou du pétrole. Ainsi, il constitue une alternative plus verte qui pourrait permettre de décarboner l’industrie et les transports. En somme, c’est un atout dans la lutte contre les émissions de gaz à effet de serre.

De plus, la filière hydrogène offre des perspectives économiques intéressantes pour les entreprises et les États. C’est d’ailleurs l’occasion pour certains pays dépendants des énergies fossiles de se détacher de l’importation de l’ensemble de leurs énergies. L’Union-Européenne mise sur l’hydrogène pour une économie neutre en carbone.

D’un autre côté, l’hydrogène a aussi des limites. À ce jour, c’est bien sûr le coût de sa production qui est un frein important. 

D’ailleurs, pour que l’hydrogène tienne ses promesses et s’installe comme un remplaçant plus vert aux énergies fossiles, il faut que l’hydrogène produit le soit de façon la plus verte possible. Cette chaîne de production d’hydrogène non carboné existe à travers l’électrolyse réalisée avec de l’énergie issue de sources renouvelables. Mais il faut que cette chaîne se développe.

Les enjeux autour de l’hydrogène

L’hydrogène pour transformer le secteur des transports

L’hydrogène a un rôle à jouer pour la transformation du secteur des transports

En effet, en tant que vecteur énergétique, l’hydrogène peut être brulé ou servir à alimenter une pile à combustible. 

Ainsi, il est directement employé dans des moteurs à combustion ou dans des véhicules électriques équipés de piles à combustible.. 

L’hydrogène utilisé dans une pile à combustible produit de l’électricité directement à bord de l’habitacle du véhicule, grâce à la propulsion d’un moteur électrique. La différence avec une voiture thermique ? Le seul rejet du véhicule est de l’eau !

À ce jour, des véhicules se servent déjà de l'hydrogène comme carburant : des bus de ville, des bennes à ordures ménagères et des voitures notamment. Il est aussi majoritairement préféré dans le domaine spatial. 

En conclusion, l’hydrogène, lorsqu’il est produit de façon décarbonée, est idéal car sa production n’émet pas de CO2. De plus, les véhicules fonctionnant à l’hydrogène n’émettent pas non plus de CO2. L’hydrogène apporte une énergie qui permet une mobilité sans émission de polluants.

L’hydrogène comme matière première dans l’industrie

L’hydrogène est un gaz très réactif pour un grand nombre d’applications industrielles en tant que matière première pour les process industriels.

Par exemple, dans la chimie, l’hydrogène, couplé à l’azote, permet de créer de l’ammoniac pour fabriquer des engrais pour les végétaux. On retrouve aussi l’hydrogène dans l’industrie du textile pour créer des matières plastiques ou du nylon.

Dans le domaine de l’électronique, c’est un atout pour fabriquer des composants électroniques car il les protège de l’oxydation. On fabrique également des écrans plats à partir de l’hydrogène.

L’hydrogène sert enfin à la métallurgie : il donne lieu à des procédés de modification de pièces mécaniques comme le frittage de pièces moulées ou le recuit de pièces.

Ainsi, l’hydrogène pourrait constituer une alternative aux énergies fossiles. 

L’occasion pour les pays non producteurs de pétrole, de gaz ou de charbon, d’être moins dépendants aux énergies. On pourrait envisager la production d’hydrogène local pour faire concilier le monde industriel avec les enjeux environnementaux.

L’hydrogène pour stocker les énergies renouvelables

 

Les énergies renouvelables sont en plein essor partout dans le monde. Le solaire et l’éolien constituent des opportunités pour changer la façon dont on produit de l’électricité.

Or, ces énergies ont un inconvénient de taille : elles sont intermittentes. Il y a parfois des pics de production et le réseau ne peut les intégrer. C’est là où l’hydrogène représente une opportunité. 

Effectivement, l’hydrogène, converti en courant à l’aide d’une pile à combustible, peut permettre de stocker la production électrique renouvelable excédentaire.

Il existe déjà des projets où l’hydrogène énergie permet de stocker l’électricité excédentaire de centrales photovoltaïque reliées au réseau.

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