Qu’est-ce que l’hydrogène ?
Le dihydrogène (formule H2) est l’élément chimique gazeux le plus présent sur Terre et est composé de deux molécules d’hydrogène. Cette molécule disposant d’un pouvoir calorifique très fort, on la considère comme un vecteur d’énergie et non pas une énergie. Ce gaz est inodore, incolore et non corrosif.
Où en trouver ?
Hormis dans les fonds marins où elle a été détectée pour la première fois dans les années 1970, la molécule de dihydrogène n’existe que très rarement à l’état naturel. On trouve donc de l’hydrogène combiné à d’autres atomes pour donner de nouveaux éléments chimiques. On trouve ainsi de l’hydrogène dans l’eau en combinaison avec l’oxygène (H2O). Les hydrocarbures (HC) sont composés d’hydrogène lorsqu’ils sont combinés à du carbone. Parmi les principaux hydrocarbures composés d’hydrogène on trouve :
- le pétrole,
- le méthane, qui est une des composantes principales du gaz naturel (CH4)
Comment produire de l’hydrogène ?
Étant donné que l’hydrogène existe majoritairement combiné à une autre molécule, pour l’obtenir et donc la produire, il faut procéder à une scission. Quatre procédés principaux permettent de produire de l’hydrogène.
- Le vaporeformage consiste à mélanger des hydrocarbures à de la vapeur d’eau afin de scinder les molécules et isoler l’hydrogène. C’est le procédé le plus répandu mais aussi celui qui pollue le plus car il génère beaucoup de dioxyde de carbone (CO2)
- L’électrolyse de l’eau requiert l’utilisation d’électricité pour séparer les molécules de l’eau en hydrogène et oxygène. Ce mode de production est pour le moment très peu développé car très coûteux, mais il représente une solution d’avenir afin d’obtenir de l’hydrogène vert ou renouvelable.
- La gazéification ou pyrogazéification permet d’obtenir les molécules d’hydrogène et de monoxyde de carbone en brûlant du charbon à forte température.
- L’oxydation d’hydrocarbure consiste à créer une réaction chimique entre un hydrocarbure et de l’oxygène.
Les différentes typologies d’hydrogène
Selon la façon dont il est produit, on recense quatre types d’hydrogène classés par couleur :
- Vert : on part alors d’hydrogène renouvelable lorsque l’électrolyse de l’eau est issue des énergies renouvelables comme l’éolien, l’hydrolien, le solaire, la géothermie, par exemple.
- Jaune : l’hydrogène jaune est issu de l’électrolyse de l’eau générée à partir du nucléaire.
- Gris : l’hydrogène gris est fabriqué en utilisant des énergies ou sources fossiles, comme le charbon ou le gaz naturel en émettant du CO2, sans qu’il ne soit stocké et réutilisé.
- Bleu : le principe de fabrication est le même que pour l’hydrogène gris. La différence réside dans le fait que le CO2 émis est stocké et réutilisé ensuite.
Quels usages ?
Avant de pouvoir être utilisé, l’hydrogène doit être stocké. En fonction de son mode de stockage, il doit être transformé. Quatre manières de stocker l’hydrogène existent :
- sous forme liquide,
- sous haute pression,
- sous basse pression,
- sous forme d’hydrure métallique.
Historiquement et depuis le XIXe siècle, l’hydrogène est essentiellement utilisé dans le secteur industriel. Notamment dans l’industrie chimique afin de produire de l’ammoniac et du méthanol. L’hydrogène entre aussi dans le processus de raffinage de carburants, dans la production de ciment, de fer et d’acier.
L’énergie stockée dans l’hydrogène peut être récupérée de deux manières :
- par l’utilisation d’une pile à combustible en recombinant du dihydrogène et du dioxygène afin de créer, dans le même temps, de l’eau, de la chaleur et de l’électricité.
- par combustion avec du dioxygène.
Le fort pouvoir calorifique de l’hydrogène fait de son fait de lui un incontournable pour la stratégie de transition énergétique et pour décarboner de nombreux secteurs dans les années à venir.
Les avantages pour la transition énergétique
L’hydrogène peut contenir trois fois plus d’énergie que l’essence. Partant de ce postulat, la production d’hydrogène vert issu des énergies renouvelables constitue l’un des principaux enjeux pour la transition énergétique.
L’hydrogène pourrait remplacer les énergies fossiles :
- comme gaz industriel ;
- dans les piles à combustibles ;
- comme vecteur énergétique pour accompagner les énergies renouvelables qui sont, par nature, intermittentes ;
- comme source d’énergie pour la mobilité lourde.
En 2018, la France a dévoilé son Plan de déploiement de l’hydrogène pour la transition énergétique. Celui-ci prévoit d’intégrer l’hydrogène renouvelable dans la décarbonation de l’industrie et comme source d’énergie pour les transports.
Dans les transports
L’utilisation de l’hydrogène peut être adaptée à de nombreuses mobilités. La pile à combustible peut être utilisée afin de récupérer l’énergie électrique stockée dans l’hydrogène afin de propulser un véhicule. Vélos, bus, bennes à ordures ménagères ou encore barges fluviales pourront, à l’avenir, être équipés d’une pile à combustible alimentée par une station de recharge.
France Hydrogène prévoit, à horizon 2030 :
- le déploiement de 1 000 à 1 700 stations hydrogène ;
- 300 000 à 450 000 véhicules légers ;
- 5 000 à 10 000 poids lourds ;
- 65 à 135 bateaux.
Dans l’industrie
L’hydrogène pourrait remplacer le charbon ou les produits chimiques issus de combustibles fossiles dans l’industrie lourde. Il participerait ainsi à la réduction des émissions de CO2 et donc de gaz à effet de serre. De plus, l’hydrogène pourrait servir à chauffer des industries à des températures élevées.
À horizon 2030, le plan de déploiement de l’hydrogène intègre un objectif de production de 475 000 tonnes par an d’hydrogène renouvelable afin d’alimenter l’industrie française.
L’énergie
L’hydrogène est considéré comme un couteau suisse en termes d’applications dans le domaine énergétique.
Le solaire et l’éolien étant des sources d’énergie intermittentes, l’hydrogène pourrait stocker les quantités d’électricité générées. En cas de manque de production électrique, il pourrait être de nouveau transformé en électricité ou transporter sur de longues distances pour alimenter des sites spécifiques ou participer à l’indépendance énergétique des îles.
Enfin, l’hydrogène peut être mélangé au gaz naturel afin de générer un nouveau gaz combustible.