Hydrogène comme source d’énergie
Les objectifs prévus pour de nombreux pays en matière de réduction des émissions de carbone dans l’économie et les différents soutiens mis en place pour cela, conduisent à l’émergence de nombreuses alternatives énergétiques sans carbone. L’une des sources d’énergie qui est largement soutenue et approfondie est l’hydrogène, ce qui pourrait avoir du sens vu qu’il est l’élément le plus abondant sur la planète. L’un des grands problèmes de l’hydrogène est qu’il n’est pas pur et pour le séparer des éléments normalement connectés, nous avons besoin d’énergie. Cette énergie peut venir de plusieurs sources, mais pour avoir l’hydrogène comme source d’énergie sans carbone, nous avons besoin que cette énergie provienne de sources propres et renouvelables. L’hydrogène ainsi créé est appelé hydrogène vert.
Dans la production actuelle d’hydrogène, l’énergie utilisée provient à 96 % de combustibles fossiles, étant le gaz naturel le principal producteur d’hydrogène. Le processus idéal pour l’obtention de l’hydrogène est à travers de l’eau, par électrolyseurs. Dans ce processus, l’eau est divisée par l’introduction d’énergie, conduisant à la dissociation en hydrogène et H2 et ions d’hydroxyde OH. Les éléments porteurs se dirigent vers une anode, où ils sont oxydés en formant de l’eau et de l’oxygène. Une membrane sépare les ions d’hydroxyde de l’hydrogène pour qu’ils ne s’associent plus.
Le problème de l’obtention d’hydrogène par électrolyseurs est le coût qui est encore associé. Le coût des énergies renouvelables pour l’alimentation des électrolyseurs n’a cessé de diminuer au cours des dernières années, mais leur coût reste encore assez élevé. Malgré cela, la baisse des prix qui a eu lieu entre 2014 et 2019 a montré qu’avec des économies d’échelle et plus de développement, les coûts de production d’hydrogène par cette voie pourraient être inférieurs aux coûts de la technologie du gaz naturel, avant 2050. Même s’il existe déjà plusieurs types d’électrolyseurs, comme les électrolyses alcalines, membrane d’échange de protons ou membrane d’échange d’anions, la grande majorité des technologies doit encore être développée et mûrie pour devenir une alternative énergétique globale.
Une fois que l’hydrogène a été produit, il faut le stocker pour qu’il puisse remplacer les combustibles fossiles. À ce stade, l’hydrogène devient également plus difficile à stocker que les combustibles fossiles. Une fois produit, l’hydrogène doit être soumis à une forte pression, comprise entre 250 et 700 bars, pour se conserver à l’état gazeux ou à une température comprise entre -240ºC et -260ºC pour le conserver à l’état liquide. Une analyse économique entre les possibilités de stockage aboutit à l’option d’un stock d’hydrogène gazeux sous pression, qui peut être faite par des éléments à créer, tels que des vases de pression, conteneurs pressurisés ou même dans des espaces dans la nature tels que les grottes rocheuses ou les grottes de sel.
Le transport de l’hydrogène est également plus difficile que le transport de combustibles fossiles. L’hydrogène peut être transporté par camions ou par gazoducs. La solution de gazoducs est une solution très économique et même dans les transports urbains de courte distance, elle peut coûter la moitié du transport d’hydrogène par camion. Le problème est que les réseaux de gazoducs existants pour le transport de gaz naturel ne fonctionnent pas pour l’hydrogène et donc tout un nouveau réseau doit être créé, ce qui représente un énorme investissement. Pour contourner cet important investissement dans les infrastructures, l’une des hypothèses qui existe est l’union du gaz naturel à l’hydrogène et l’utilisation des mêmes gazoducs pour le transport de ce nouveau gaz. Ce type de transport réduirait les coûts des gazoducs mais augmenterait les coûts à l’arrivée, avec la nécessité de créer de petites stations de séparation entre l’hydrogène et le gaz naturel.
La conversion de l’hydrogène en énergie est réalisée à travers de piles à combustible. Bien que celles-ci soient moins efficaces que les batteries lithium-ion, avec leur état actuel de développement, sont beaucoup plus efficaces que les moteurs à combustion. Le processus de production d’énergie est assez exothermique et tant que cette chaleur n’est pas exploitée, le revenu du procédé sera toujours inférieur aux batteries. Une pile à combustible a un fonctionnement très similaire à une batterie d’une voiture traditionnelle, en convertissant l’énergie de mouvement des ions d’hydrogène chargés par l’électrolyte, en énergie électrique. Dans le processus, l’hydrogène est reconnecté à l’oxygène formant de l’eau.
L’énergie produite par l’hydrogène peut être utilisée pour diverses applications. La production de matériaux de construction tels que le ciment et l’acier sont des activités qui émettent beaucoup de CO2 et où l’hydrogène pourrait apporter des avantages à long terme pour l’environnement. Outre les procédés de production ayant une grande influence sur les émissions de CO2, l’hydrogène peut entrer dans les transports de marchandises et dans le chauffage de l’eau et de l’environnement. Les automobiles, comme beaucoup l’ont dit, bien qu’ils puissent également utiliser l’hydrogène pour leur alimentation énergétique, cette source d’énergie sera difficilement compétitive par rapport aux batteries lithium-ion traditionnelles. Le temps d’utilisation et la puissance nécessaire dans les véhicules utilitaires font que les batteries au lithium-ion se positionnent économiquement devant les solutions d’hydrogène, même après une éventuelle massification du marché de l’hydrogène à l’avenir. La technologie associée à l’hydrogène en tant que source d’énergie a encore un long chemin à parcourir. Compte tenu du coût élevé des solutions aujourd’hui, la poursuite du développement de ce marché et de la conversion des sources d’énergie des principaux émetteurs de CO2, ce ne sera le cas que si le secteur est fortement soutenu et si des limitations à l’utilisation des combustibles fossiles sont légiférées. Avoir une source d’énergie propre est quelque chose que la société veut, mais comme des processus de transformation de la source d’énergie sont nécessaires, ce qui n’est pas le cas des combustibles fossiles, les coûts sont plus élevés. L’hydrogène est donc une autre source d’énergie qui doit être adaptée à certaines utilisations et industries spécifiques. En Europe, plusieurs investissements sont réalisés dans cette technologie afin d’évaluer et de valider les processus de production et d’utilisation de l’hydrogène. Pour rendre l’hydrogène viable, tous les points des processus procédures doivent être analysés de manière aussi détaillée que possible et dans le domaine des infrastructures, Slefty est en mesure d’analyser et d’optimiser les solutions à développer.
Source:
Hydrogen Economy Outlook, BloomberNEF
Power Technology: https://www.power-technology.com/comment/standing-at-the-precipice-of-the-hydrogen-economy/