Izwe Focus – Petit point sur l’hydrogène

Image par sjeiti de Pixabay

L’hydrogène est il le combustible du futur? Par cette publication, nous vous proposons un petit point sur l’hydrogène, sa production et des exemples concrets d’utilisation (essai d’un véhicule à hydrogène) ou d’ambition politique en région.

En termes de production d’énergie, l’hydrogène possède trois qualités:

  • Une grande densité massique d’énergie, 1 kg d’hydrogène contient autant d’énergie qu’environ 3 kg de pétrole ;
  • Une combustion très énergétique dans l’oxygène avec production d’eau pure ;
  • Par l’électricité, une capacité de transformation réciproque directe par électrolyse ou pile à combustible.

Produire de l’hydrogène (H)

L’hydrogène est un des principaux composants de “l’univers” et donc théoriquement présent en quantité illimité. Le problème c’est qu’il est présent associé à d’autres composants, comme pour l’eau par exemple (H2O).

Il faut donc l’extraire. Les méthodes présentées ci dessous répondent pour la première au moins aux besoins industriels en hydrogène.

Trois filières existent pour produire de l’hydrogène:

  • La principale filière utilise des composés organiques principalement constitués d’hydrogène et de carbone, comme le gaz naturel, le charbon ou la biomasse. Elle représente actuellement plus de 90% de la production d’hydrogène. Ces méthodes de productions (en particulier le vaporeformage des hydrocarbures) sont extrêmement productrices de gaz à effet de serre et donc ne sont pas viables pour l’avenir.
  • La deuxième filière produit de l’hydrogène par décomposition de l’eau. Elle utilise soit un courant électrique pour l’électrolyse, soit une succession de réactions chimiques pour les cycles thermochimiques qui permettent de « casser » les molécules d’eau afin d’obtenir de l’hydrogène. L’électrolyse est fortement consommatrice de courant électrique. Hors actuellement du fait du coût des matières premières ce sont des centrales électriques fonctionnant à l’énergie fossile (pétrole, gaz, charbon) qui fournissent l’électricité. Avec les impacts environnementaux que l’on connait et des rendements au final faibles. 
  • Une autre filière utilise la lumière du Soleil. Cette méthode de production de l’hydrogène est encore au stade de la recherche : des études sont menées en laboratoire pour produire de l’hydrogène grâce à des algues microscopiques ou des bactéries.

On le voit, la filière de production d’hydrogène propre n’existe pas encore.

Des problématiques non encore réglées…

Au mieux, le rendement de la production d’hydrogène par électrolyse est de 1 pour 3: pour trois kwh consommés, 1 kwh d’énergie basée sur l’hydrogène est obtenu.

Une autre problématique est le stockage et le transport: il faut soit mettre sous pression l’hydrogène, à 200 bars ou 700 bars, soit le liquéfier à -253°C. Ces process sont très consommateurs en énergie et requièrent des investissements importants en  infrastructures sécurisées. 

Par ailleurs, pour obtenir l’équivalent énergétique d’un camion-citerne d’essence, il faut 22 camions identiques d’hydrogène à 200 bars (le mode de transport routier le plus fréquent) ou 3 camions-citernes d’hydrogène liquéfié (3,5 t d’hydrogène liquide).

En résumé, l’hydrogène est une énergie propre, mais “sale” à produire et à stocker, en l’état actuel des technologies:

  • La production par electrolyse reste très et trop consommatrice en énergie électrique, énergie actuellement tirée majoritairement des énergies fossiles donc non propres,
  • Le stockage de l’hydrogène nécessite des quantités d’énergie importantes pour mettre sous pression ou liquéfier l’hydrogène, avec la même remarque qu’au point ci dessus,
  • L’efficacité de son transport (énergie transportée par unité de volume) est beaucoup moins forte que celle du pétrole ou du gaz,
  • Des risques d’inflammabilité et de détonation avec l’air existent (bien que moindres que pour le gaz naturel),
  • Le réseau de stations services à hydrogène est quasi inexistant, pas adapté à une utilisation grand public et requiert donc des investissements très importants.

Pour aller plus loin, nous vous conseillons la très complète fiche pédagogique du site connaissancedesenergies.org.

Coté transport des particuliers, aucun composant de la filière n’est encore mûr

L’Argus a publié de son coté un article de juillet 2018, que vous trouverez ici, dont la conclusion est que l’hydrogène pour se déplacer, ce n’est pas pour les particuliers, pour l’instant.

Le site Automobile Propre a publié un essai de la Hyundai Nexo, assez révélateur, déjà par son titre, mais tout n’est pas noir:

En complément, Hyundai lance un projet de partage commercial de sa technologie de pile à combustible, à lire sur le site breezcar.com. L’objectif est de rendre cette technologie plus accessible et ainsi de la développer, surtout sur la partie points de recharge en hydrogène.

Coté transport routier, une innovation française pour le transport frigorifique

La première semi-remorque frigorifique fonctionnant à l’hydrogène a été mise au point par deux entités de Belfort. Le FC Lab, fédération de recherche autour de l’hydrogène, et H2SYS, une start-up spécialisée dans les piles à combustible.

Dans cet article de l’Est Républicain, on parle bien du module frigorifique qui utilise des piles à combustibles.

Coté ambitions politiques, l’exemple de la région Occitanie

Carole Delga, présidente de la région Occitanie, a présenté le 22 mai dernier son plan régional pour développer l’hydrogène vert sur son territoire. Doté de 150 millions d’euros pour la période 2019-2030, ses mesures sont principalement tournées vers l’accompagnement et l’incitation à investir, dont l’élue espère qu’elles généreront un milliard d’euros d’investissement.

Premier train à hydrogène français dès 2022, première unité de production d’hydrogène sur un aéroport dès l’an prochain, appels à projets, l’objectif est de développer la filière, et notamment la production décarbonnée.

Pour en savoir plus, cet article du Point ou la communication institutionnelle.

Coté utilisation domestique, l’exemple de la première chaudière murale à hydrogène installée

Depuis le 25 juin dernier, BDR Thermea a installé une chaudière murale à hydrogène à Rozenburg en Hollande, en situation réelle d’utilisation. Le groupe prévoit une expérimentation de plus grande ampleur au Royaume Uni avec l’ambition d’installer plus de 400 équipements d’ici la fin 2020.

Si des chaudières fonctionnant avec une pile à combustible ne sont pas une nouveauté (cf expérimentation GRDF de 2014), l’alimentation de celle ci se faisait au gaz naturel. La nouveauté réside donc dans une alimentation directe de la chaudière en hydrogène.

La première chaudière à hydrogène domestique est en service depuis le 25 juin

Nous vous invitons à lire l’article à ce sujet sur le site Le Moniteur des Artisans.

La chaudière hydrogène fonctionne d’abord comme une pile à combustible que l’on alimente en gaz pour élever la température dans le cœur de pile en céramique ou pour actionner un moteur assurant la combinaison. L’hydrogène et l’oxygène de l’air et de la combustion se combinent alors pour former de la vapeur d’eau, tout en produisant par électrolyse (ou grâce au moteur) de l’électricité mais aussi de la chaleur. Nous sommes donc sur un système qui produit à la fois de la chaleur, de l’eau chaude et de l’électricité.

L’électricité est alors utilisée dans la maison (éclairage, appareils domestiques…) ou injectée sur le réseau, tandis que la chaleur résiduelle (chauffage du cœur + réaction électrolytique) est employée pour chauffer un ballon d’eau chaude et un système de chauffage avec l’appoint éventuel d’un brûleur selon les consommations à assurer (climat, nombre de personnes, niveau de performance énergétique).

Dans le cadre de l’expérimentation BDR Thermea, ce sont “des chaudières à condensation étanches à ventouse qui sont utilisées. L’hydrogène qui les alimente est fourni par une station d’électrolyse toute proche. Stedin, le distributeur local de gaz et d’électricité, y a installé des électrolyseurs fonctionnant exclusivement à partir d’électricité verte, d’origine éolienne ou photovoltaïque”. Un stockage d’hydrogène dans la station sécurise l’approvisionnement des chaudières. 

On notera donc qu’il faut de l’énergie en complément pour faire fonctionner ce système (pour l’instant) pour la partie électrolyse et donc production de H2. Par exemple, un hôtel italien qui s’est équipé de d’un système de chaudière à hydrogène a également installé 250 m² de panneaux photovoltaïques en complément (source: ooreka.fr).

Et comme pour les véhicules, la production, le transport et le stockage de l’hydrogène restent des problématiques sur lesquelles travailler.

Et pour finir, un “C’est pas sorcier” de 2015:

Le constat est clair, des solutions existent mais elles ne sont pas mures. Toutefois, l’utilisation d’hydrogène est une piste extrêmement intéressante à explorer pour répondre aux enjeux de production et de stockage d’énergie propre.

Bonne lecture!

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