station hydrogène vert

Oui mes amis, je crois que l’eau sera un jour employée comme combustible, que l’hydrogène et l’oxygène, qui la constituent, utilisés isolément ou simultanément, fourniront une source de chaleur et de lumière inépuisables et d’une intensité que la houille ne saurait voir”, Jules Verne dans "L'île mystérieuse” en 1875.

L’hydrogène provient des énergies fossiles à 95%. L’objectif de nombreux pays est de développer un hydrogène vert qui serait issu non pas des énergies fossiles qui émettent de nombreux gaz à effet de serre, mais des énergies renouvelables ou décarbonées (nucléaire inclus).

Qu'est ce que l'hydrogène

6 choses à savoir sur l’hydrogène

  1. Le dihydrogène (véritable nom car il est systématiquement composé de deux atomes d’hydrogène, d’où son symbole chimique - H2) est produit par les hydrocarbures (ou énergies fossiles comme le charbon, le gaz ou le pétrole) et l’eau.
  2. Contrairement à ce que l’on pense, l’hydrogène n’est pas une énergie, c’est un vecteur énergétique créé à partir d’une ressource primaire et produit par une réaction chimique. C’est pourquoi il est toujours combiné avec d’autres atomes.
  3. Il existe 3 techniques de production de l’hydrogène bas-carbone : la gazéification, l’électrolyse de l’eau et le reformage du gaz naturel par la vapeur d’eau.
  4. Près de 92% des atomes présents dans l’Univers sont des atomes d’hydrogène. Il est notamment le principal élément constituant les étoiles et les planètes gazeuses comme Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune.
  5. Aujourd’hui, l’hydrogène sert dans la raffinerie, la production de l’ammoniac (NH3) pour les engrais azotés et les explosifs, la production de méthanol pour la fabrication du plastique et dans la sidérurgie pour le fer et l’acier.
  6. L’hydrogène “vert” représente un levier d’avenir de la transition vers la neutralité carbone. Mais elle représente aujourd’hui seulement 1% de l’hydrogène mondiale.

L'hydrogène vert, atouts et contraintes

Méthodes de production

Etant donné que le dihydrogène est souvent associé à une autre molécule, il faut l’extraire pour isoler l’atome. De plus le dihydrogène est composé de deux atomes d’hydrogène, il faut diviser également l’atome pour n’avoir qu’un seul atome d’hydrogène. Différentes méthodes pour produire de l’hydrogène :

La pyrolyse de méthane
Ce système de production d’hydrogène vert consiste à brûler un mélange de CO (monoxyde de carbone) et de H2 (hydrogène) au contact du charbon ou autre biomasse. On utilise le méthane car c’est le constituant principal du gaz naturel et sa combinaison d’atomes est simple (CH4) donc l’hydrogène est plus facilement extrait. En effet la réaction de ce procédé rejette alors du CO2 à l’état solide qui permet facilement d’extraire le H2.

L’électrolyse de l’eau
La mission de l’électrolyse par l’intermédiaire de l’eau est de séparer la molécule d’eau (H20) pour extraire l’atome d’hydrogène et l’atome d’oxygène. Cette solution est sans doute la plus utilisée car elle ne génère aucune émission de dioxyde de carbone. En effet, la réaction rejette uniquement de l’oxygène sous forme d’eau.

Cependant l’électrolyse fonctionne avec l’électricité ce qui la rend très onéreuse. De plus, la construction d’une électrolyse est également très chère. Afin que cette méthode soit rentable, il faudrait utiliser de l’électricité peu carbonée qui serait fournie par l’intermédiaire d’une énergie renouvelable comme le nucléaire, l’éolienne ou les panneaux solaires. Le manque de ces énergies renouvelables est un frein à la construction de nombreux électrolyseurs donc à la production d’hydrogène vert.

l'éolienne est une énergie renouvelable

Reformage du gaz naturel par la vapeur d’eau
Le reformage du gaz naturel par de la vapeur d’eau est une réaction chimique du méthane assemblé à l’eau pour obtenir un mélange contenant du CO2. Par ce procédé, le dioxyde de carbone pourrait produire de l’hydrogène décarboné.

Les atouts

L’hydrogène pourrait être utilisé pour décarboner certains secteurs industriels, pour stocker l’électricité ou alimenter les transports.
L’hydrogène a un gros potentiel pour contribuer à la diminution des émissions de gaz à effet de serre (GES).
Totalement propre, l’hydrogène n’émet aucun CO2 et est très léger. S’il est produit massivement, il a un impact sur la baisse du réchauffement climatique et est donc l’acteur majeur de la transition énergétique.

Les contraintes

Le stockage de l’hydrogène est un réel point bloquant à son utilisation. Il est doté d’une forte densité massive en énergie, mais de faible volume car très léger.
Il est envisagé de le rendre liquide afin de pouvoir le comprimer à une très basse température à -253°C (4l H2 = 1l essence).

Pour que l’hydrogène bas-carbone apporte de réels bons changements pour le climat, il faut une fabrication en masse. En petite quantité, la production d’hydrogène vert génère au contraire du réchauffement climatique.

L’hydrogène vert est très cher car elle dépend de l’électricité qui aujourd’hui est à son apogée au niveau prix. Il faut aussi réduire les coûts des énergies renouvelables qui sont les bases premières de la production d’hydrogène vert, tout comme les électrolyseurs et les piles à combustible.
Le déploiement également de cette énergie verte nécessite la construction d’infrastructures énormes. Ces dernières doivent avoir une capacité de production alimentée par des énergies renouvelables, un réseau de transport pour le distribuer et des lieux de stockage variés.

Quelles sont les utilisations de l'hydrogène vert

Transports

Voiture et poids lourds

Le transport en France est le premier secteur émetteur de gaz à effet de serre, 30% de la totalité des GES. Un véhicule à hydrogène fonctionnant par électrolyse renouvelable n'émettra que 15 tonnes de CO2, contre 45 tonnes pour un véhicule diesel. Ce qui diminuerait de 74% l’impact carbone par rapport à un véhicule thermique.

Bus à hydrogène

Le système le plus adapté pour le moteur à hydrogène est l’utilisation d’une pile à combustible. Plus légère que les batteries et plus puissante en termes de production, elle est également parfaite pour l’environnement. En effet, les piles fonctionnent par la combinaison de l’hydrogène présent dans le moteur avec l’oxygène dans l’air. Cette réaction produit de l’électricité qui va alimenter le moteur du véhicule. Le seul déchet est de l’eau totalement propre.

Les piles à combustible sont employées depuis 1839 pour fournir de l’électricité à bord des fusées. Les premières piles ont servi lors des missions spatiales de Gemini et Apollo et sont utilisées aujourd’hui pour propulser les fusées. Elles sont ainsi plus facilement choisies pour fournir des moteurs “verts” aux poids lourds. En effet, il faudrait trop de batteries électriques pour suffisamment de puissance pour faire fonctionner un camion, ce qui rendrait le moteur trop lourd.

La grande différence entre les véhicules électriques et hydrogène réside dans l’autonomie. Alors que l’automobile à hydrogène peut parcourir jusqu’à 600 km et se recharge très rapidement, la voiture électrique se recharge plus lentement.

Trains

55% des lignes ferroviaires en France fonctionnent avec de l’électricité, le reste utilise du gazole. C’est pourquoi la SNCF et d’autres entreprises françaises se mobilisent pour déployer plus de flottes sans émissions de CO2.
Alstom a ainsi lancé son premier train à hydrogène transportant des passagers en Allemagne en août 2022. Il opère grâce à une pile à hydrogène.

Avions

Airbus souhaite participer au déploiement de cette nouvelle énergie et s’engage à se lancer dans la construction d’avion à hydrogène d’ici 2035. Pour ce faire, la compagnie a besoin de fabriquer des pièces spécifiques, des piles à combustible légères et s'équiper de moteur électrique puissant.

Stocker l'électricité

Panneaux solaires

Si on transforme l’hydrogène en méthane, il a la faculté de pouvoir stocker une grande quantité d’électricité. Il peut ainsi être utilisé en cas de manquement des énergies renouvelables, comme l’éolienne ou les panneaux solaires, qui sont sujets à des intermittences. Ces derniers dépendent effectivement du climat et sont donc l’objet d’interruption dans la production d’électricité.

Décarboner les industries

La combustion de l’hydrogène produit automatiquement de la chaleur, on pourrait alors envisager de remplacer le charbon par de l’hydrogène.

Par exemple, la fabrication du fer et de l’acier avec du charbon dégage énormément d’émissions de gaz à effet de serre. Une usine en Suède utilise ainsi de l’hydrogène pour sa fabrication de fer. Ainsi la fabrication d’une tonne de fer provoque le rejet de 25kg de CO2, alors que l’utilisation du charbon provoque l’émission de 1850 kg de CO2 pour 1 tonne de fer.

La fabrication d’acier qui se fait aujourd’hui par la diminution de minerais de fer via le charbon, pourrait demain être effectuée via de l’hydrogène décarboné.

Combustion de l'hydrogène

Des projets de développement dans le monde entier

Gasbadge pro

Détecteur de gaz OLCT100

De plus en plus de sociétés se lancent dans la fabrication d’hydrogène vert pour contribuer à la transition énergétique et réduire le réchauffement climatique. L’hydrogène étant un gaz dangereux, il est essentiel pour ces entreprises de sécuriser leurs locaux et protéger leurs salariés. C’est pourquoi nous avons de plus en de demandes d’appareils décelant la présence d’hydrogène, comme le détecteur de gaz fixe OLCT100, le détecteur 4 gaz X-am 2500, ou encore le détecteur monogaz GasBadge Pro.

Protection respiratoire contre l'hydrogène

Le projet NortH2 est le plus grand projet de production d’hydrogène en Europe pour produire de l’hydrogène vert en utilisant de l’électricité renouvelable provenant de l’éolien offshore au large des Pays-Bas.

La société allemande H2Fly est depuis déjà quelques années spécialisée dans les piles à combustible à hydrogène pour l’aviation. Le premier avion a été lancé en 2016.

La société Home Power Solution en Allemagne est pionnière dans la production de centrale solaire à hydrogène domestique (picea). Elle pousse les particuliers à consommer leur propre énergie pour ne plus émettre de dioxyde de carbone.

L’entreprise suisse H2 Energy se donne pour mission de stopper le réchauffement climatique en faisant de l’hydrogène issu d'énergies renouvelables un pilier énergétique.

La France investit de plus en plus pour faire de l’hydrogène l’énergie de l’avenir de la France. Elle suit la feuille de route SNBC (Stratégie Nationale Bas-Carbone) pour accomplir la neutralité carbone à travers l’hydrogène décarboné.
L’association France Hydrogène rassemble de nombreux acteurs économiques (grands groupes industriels ou starts up) pour accomplir la transition énergétique par le biais du déploiement de solutions à hydrogène.
Pau est une des villes pionnières en ayant mis en place début 2021 une flotte de bus à hydrogène. Grâce à l’électricité fournie localement par un barrage, cela permet de réduire le coût de fabrication.
La société John Cockerill est spécialisée dans la transition énergétique et développe la production d’hydrogène vert et la construction d’électrolyseurs.

L’entreprise H2SYS à Belfort se spécialise dans l’élaboration de piles à combustible et la conception de groupes électrogènes à hydrogène.

H2YS fabricant d'électrongènes à hydrogène