L’hydrogène
L’hydrogène est extrait de différentes sources d’énergie telles que le pétrole ou le gaz naturel. Il s’agit d’un élément naturel présent dans les molécules d’eau et d’hydrocarbures, et qui est obtenu par électrolyse. Le reformage du gaz naturel permet également de produire de l’hydrogène.
L’hydrogène peut être converti en électricité. On parle ainsi d’énergie verte. Il peut également être utilisé comme carburant. D’ailleurs, il constitue un pilier fondamental de la mobilité verte.
Reste à savoir en quoi consiste le rôle de l’hydrogène dans la production d’énergie renouvelable. Par ailleurs, quels sont les procédés pour produire ce gaz ? Les réponses tout de suite.
Qu’est-ce que l’hydrogène ?
Tout comme l’électricité, l’hydrogène est un vecteur d’énergie qui peut être exploité de différentes manières. Cet ensemble d’éléments chimiques est présent en abondance dans l’univers.
Les sources de production d’hydrogène émergent sur le marché de l’énergie. Elles représentent plus de 90 % de la transformation d’énergies fossiles, dont 45 % proviennent du gaz naturel.
Cette croissance des sites de production d’hydrogène s’explique par l’engouement des consommateurs pour les énergies renouvelables. À cela s’ajoute l’engagement des producteurs pour la transition énergétique.
Il faut savoir que la production d’hydrogène par électrolyse de l’eau permet d’obtenir de l’énergie propre. Cette solution aide à réduire les émissions de gaz à effet de serre et l’atteinte de la neutralité carbone en 2050.
Utilisé principalement dans l’industrie, l’hydrogène trouve également d’autres usages. Il est notamment employé pour alimenter le secteur et stocker de l’électricité.
Les différentes sources d’hydrogène
Les ressources principales qui permettent d’extraire de l’hydrogène sont l’eau (H2O) et les hydrocarbures tels que le gaz, le charbon et le pétrole. Ces derniers résultent de la combinaison d’atomes d’hydrogène et de carbone.
Le méthane (CH4) est une autre molécule qui contient de l’hydrogène. Il s’agit d’un gaz naturel utilisé pour produire de l’électricité, mais également de la chaleur. Pour en revenir à la molécule d’eau, elle est formée de deux atomes d’hydrogène et d’un atome d’oxygène.
Outre l’hydrogène présent dans les molécules, il existe également des sources naturelles de cet élément. Les sources marines ont été découvertes dans les années 1970. En raison de leurs coûts d’exploitation élevés, elles ne sont pas rentables à l’heure qu’il est.
Quant à l’hydrogène d’origine terrestre, les recherches sur sa formation et son exploitation sont encore récentes. À noter que l’hydrogène d’origine naturelle peut provenir des :
- Grands massifs de péridotite : les roches y sont fortement exposées aux eaux météoriques dues à un contexte tectonique singulier ;
- Intraplaques : il s’agit des zones qui se situent au centre des continents émergés. Les plus anciennes d’entre elles – les cratons précambriens – contiennent une quantité importante d’hydrogène.
État actuel de la consommation d’hydrogène
En 2018, l’estimation de la consommation mondiale d’hydrogène s’élevait à 74 millions de tonnes. L’hydrogène représente près de 0,5 % de la consommation mondiale d’énergie. Rien qu’en France, elle tourne autour de 900 000 tonnes par an.
L’Agence Internationale de l’Energie (AIE) estime une augmentation de 13 % de la production mondiale d’hydrogène au mix énergétique à l’horizon 2050. Il s’agit d’un taux de production 10 fois supérieur à celui d’aujourd’hui.
L’hydrogène est principalement utilisé comme :
- Matière de base pour produire de l’ammoniac et du méthanol ;
- Réactif dans le raffinage pour la production de carburant et de biocarburant.
L’hydrogène circule à travers un réseau de pipelines qui s’étend sur plus de 4 500 km dans le monde. Le réseau est réparti comme suit :
- 2 500 km aux États-Unis ;
- 1 600 km sur le continent européen.
Comment l’hydrogène est-elle produite ?
Le dihydrogène est une molécule composée de deux atomes d’hydrogène. Il peut libérer jusqu’à trois fois plus d’énergie que l’essence après combustion. Toutefois, il présente beaucoup plus de volume que les autres gaz à masse égale en raison de sa légèreté. C’est la raison pour laquelle il souvent comprimé dans des pipelines ou des bouteilles. En outre, l’hydrogène liquide est plus dense. Par conséquent, il coûte plus cher.
Techniques de production d’hydrogène :
| Procédé | Résultat |
| dissociation du méthane et des atomes carbone | dihydrogène (H2) et dioxyde de carbone (CO2) |
| combustion à haute température (entre 1200 et 1500 °C) | dihydrogène (H2 et monoxyde de carbone (CO) |
| décomposition de l'eau à partir de l'électricité | dihydrogène (H2) et dioxygène (O2) |
Source : Planète-énergies
Les différents modes de production de l’hydrogène
Des techniques de production particulières sont utilisées pour exploiter l’hydrogène :
Le reformage du gaz naturel à la vapeur d’eau
La réaction du méthane avec l’eau permet d’avoir un mélange qui contient de l’hydrogène et du carbone. Ce dernier peut notamment être capté et stocké pour obtenir de l’hydrogène décarboné. Il est aussi possible d’en produire en utilisant du biométhane, une énergie issue de la biomasse.
L’électrolyse de l’eau
Le procédé qui permet d’obtenir de l’hydrogène à partir de l’eau et de l’électricité est plus coûteux que le reformage du gaz naturel. L’électrolyseur est consacré à des usages particuliers, notamment dans le secteur de l’électronique.
La gazéification
Cette technique permet de produire de l’hydrogène par combustion. Cet élément est notamment obtenu à partir de biomasse ou de charbon.
La production d’hydrogène est issue à 95 % d’hydrocarbures
Il s’agit de la technique la moins coûteuse. Toutefois, ce procédé contribue à l’augmentation des émissions de gaz à effet de serre. Pour la production de gaz décarboné, il faut :
- Capter le CO2 émis durant le processus de production d’énergie ;
- Produire de l’hydrogène par l’électrolyse de l’eau. L’électrolyseur peut fonctionner à partir d’électricité décarbonée obtenue de l’énergie solaire ou éolienne.
L’hydrogène comme carburant
L’exploitation de l’hydrogène favorise le développement de la mobilité verte. Il faut savoir que les constructeurs automobiles se tournent vers des solutions énergétiques propres pour réduire les émissions de CO2. C’est la raison pour laquelle les véhicules à hydrogène émergent sur le marché de l’automobile.
Le réseau français comporte une centaine de stations de recharge pour les véhicules propres. Par ailleurs, l’État prévoit entre 500 à 600 stations de plus en 2030 pour développer le réseau.
L’hydrogène peut être utilisé comme carburant. Il permet notamment de produire de l’électricité par le biais de piles à hydrogène qui sont implantées dans les véhicules. Il peut s’agir d’une source d’énergie complémentaire pour les véhicules disposant d’un moteur à combustion fonctionnant au gaz, tels que les camions ou les bus.
L’hydrogène fonctionne aussi avec les voitures électriques. Pour ces dernières, l’utilisation de cet élément comme carburant contribue à prolonger leur autonomie jusqu’à 500 km par recharge. En outre, le temps de recharge avec de l’hydrogène est réduit à 5 minutes contre 8 heures avec une borne électrique.
Concernant les voitures hybrides, elles fonctionnent à l’aide de l’hydrogène et de l’électricité et se rechargent même en roulant.
Quel est l’intérêt d’utiliser l’hydrogène ?
Favorisant le déploiement de voitures électriques et hybrides, l’hydrogène est une source d’énergie qui présente de nombreux avantages. Les recherches sur ses modes de production et son exploitation continuent de progresser. D’ailleurs, les fournisseurs d’électricité tout comme les constructeurs automobiles portent un intérêt particulier pour cet élément. Il s’agit de trouver des solutions pour rentabiliser les exploitations. L’hydrogène présente également des enjeux majeurs pour la transition énergétique.
Réduire l’émission de carbone dans le secteur des transports
L’utilisation de l’hydrogène dans le secteur des transports permet de décarboner les véhicules. Les voitures électriques sont équipées de pile à combustible (PAC). Cette dernière se charge de transformer l’hydrogène en électricité et en vapeur d’eau. Pour réduire l’impact environnemental, il importe de produire l’hydrogène à partir de sources décarbonées.
En outre, l’hydrogène devance les technologies utilisées avec les batteries. Il permet de gagner plus en autonomie, mais présente également des avantages pour le temps de charge. Un véhicule à hydrogène se recharge en moins de 5 minutes.
Des études sont encore menées sur l’utilisation de l’hydrogène pour l’alimentation de moteur à combustion interne. L’avenir de l’hydrogène dans le secteur des transports et de l’automobile semble plutôt favorable.
Réduire les émissions de gaz à effet de serre dans le secteur industriel
L’industrie est l’un des secteurs les plus énergivores. L’utilisation de l’hydrogène permet d’assurer l’alimentation en énergie décarbonée des sites concernés. Cela favorise en outre la décarbonisation des modes de production industriels.
L’hydrogène constitue notamment une alternative pour l’exploitation des énergies fossiles. En effet, l’hydrogène décarboné résultant du charbon peut être utilisé pour fabriquer de l’acier au lieu de recourir aux minerais de fer.
Être complémentaire avec la production d’énergies renouvelables grâce au stockage de l’hydrogène
Comme il a été mentionné plus haut, l’hydrogène peut être obtenu par l’électrolyse de l’eau. L’électricité utilisée lors de ce procédé peut être issue d’une source d’énergie éolienne ou solaire suivant les installations. L’hydrogène produit peut ainsi être stocké dans des batteries ou des cavités salines selon les besoins.
En outre, le stockage d’hydrogène constitue une solution pour augmenter la capacité de production d’électricité face aux intermittences des modes de production ENR photovoltaïques et éoliennes.
Pour pallier cette variabilité, il est nécessaire de produire de l’hydrogène non carboné. Ce dernier peut être obtenu de différentes manières, à savoir le captage du gaz carbonique lors du reformage du gaz naturel et l’électrolyse. Toutefois, la production d’hydrogène 100 % vert reste encore une probabilité.
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