Hydrogène
Un grand espoir avec des obstacles à la production et au stockage
L’hydrogène pourrait jouer un rôle décisif dans la transition énergétique en tant que source d’énergie alternative. Les composés d’hydrogène sont parmi les composés chimiques les plus stables que l’on trouve dans la nature, et la libération d’une énorme quantité d’énergie lors de leur décomposition les rend particulièrement précieux.
Un avantage important est que l’hydrogène ne libère que de l’eau comme sous-produit lors de la combustion, ce qui en fait une source d’énergie très propre. Contrairement à l’électricité, l’hydrogène peut stocker et transporter l’énergie sous forme de gaz ou de liquide.
Cette propriété lui permet d’assumer une fonction stabilisatrice dans le réseau électrique, en équilibrant les fluctuations qui se produisent en particulier avec les sources d’énergie renouvelables telles que l’énergie éolienne et l’énergie solaire.
Le plus grand potentiel de l’hydrogène réside dans le transport lourd, la navigation et l’aviation. Une autre application prometteuse est celle des centrales électriques à hydrogène, qui présentent l’avantage de pouvoir être augmentées ou réduites relativement facilement et rapidement, ce qui les rend idéales pour s’adapter aux changements de la demande d’énergie.
Fabrication
L’hydrogène peut être produit par différentes méthodes, qui varient en fonction de la source d’énergie et du processus technologique. Il s’agit de l’électrolyse, du reformage à la vapeur, des processus biologiques et de la thermolyse.
Électrolyse : cette méthode utilise l’électricité pour diviser l’eau en hydrogène et en oxygène. Si l’électricité utilisée provient de sources renouvelables telles que l’énergie éolienne, solaire ou hydroélectrique, l’hydrogène obtenu est appelé « hydrogène vert ».
Reformage à la vapeur : c’est actuellement la méthode la plus courante pour produire de l’hydrogène. Le gaz naturel réagit avec la vapeur d’eau à haute pression et à haute température pour produire de l’hydrogène et du dioxyde de carbone. Malgré la grande efficacité de ce processus, les émissions de CO2 sont un sous-produit problématique qui va à l’encontre de l’objectif de réduction des gaz à effet de serre.
Procédés biologiques : des recherches sont également menées sur les procédés biologiques de production d’hydrogène, dans lesquels certains micro-organismes produisent de l’hydrogène par le biais de réactions biologiques. Ces procédés sont encore en cours de développement, mais ils pourraient constituer une alternative écologique aux méthodes traditionnelles.
Thermolyse : la séparation de l’eau par la chaleur est une autre méthode, quoique moins courante. À des températures très élevées, l’eau peut être divisée directement en hydrogène et en oxygène. Toutefois, cette méthode nécessite des quantités d’énergie extrêmement élevées et est donc actuellement moins économique.
Ces formes de production ne sont pas équivalentes car elles ont des empreintes carbone très différentes. Si l’électricité utilisée dans l’électrolyse provient de sources renouvelables, on parle d’hydrogène « vert » car il est particulièrement durable. Si des combustibles fossiles sont utilisés, comme dans le cas du reformage à la vapeur ou de l’électrolyse, on obtient de l’hydrogène « gris ».
Stockage et transport
Le stockage de l’hydrogène est un défi technique en raison de sa forte réactivité. Plusieurs méthodes sont utilisées.
Stockage sous pression : l’hydrogène est souvent stocké dans des bouteilles ou des réservoirs à haute pression. Cette méthode est répandue et simple, mais elle nécessite des conteneurs stables et sûrs capables de résister à la pression.
Stockage liquide : à des températures extrêmement basses (-253°C), l’hydrogène peut être liquéfié et stocké de manière plus dense. Cela nécessite toutefois des mécanismes de refroidissement complexes et gourmands en énergie.
Stockage chimique : dans ce cas, l’hydrogène est converti en d’autres composés par des réactions chimiques. Les hydrures métalliques ou les transporteurs organiques liquides d’hydrogène (LOHC) en sont des exemples, qui non seulement augmentent la densité, mais simplifient également le transport.
Stockage souterrain : cette technologie utilise des formations géologiques telles que des cavernes de sel pour stocker de grandes quantités d’hydrogène, comme pour le gaz naturel, et permet un stockage sur de longues périodes.
Le développement de technologies efficaces et rentables pour le stockage et le transport de l’hydrogène sera crucial pour son rôle de vecteur énergétique de l’avenir.
Avantages et inconvénients de l'hydrogène (H2)
Avantages:
- Respect de l’environnement: L’hydrogène brûle sans émissions.
- Polyvalence: L’hydrogène peut être utilisé dans diverses applications, telles que les piles à combustible, les moteurs à combustion et le stockage des énergies renouvelables.
- Densité énergétique élevée: L’hydrogène a le rapport énergie/masse le plus élevé de tous les combustibles.
Inconvénients:
- Coûts: La production d’hydrogène est gourmande en énergie et coûteuse.
Infrastructure: Le transport et le stockage sont coûteux et techniquement exigeants.
Sécurité: L’hydrogène est hautement inflammable et nécessite des mesures de sécurité particulières lors de sa production, de son stockage et de son transport.