Hydrogène : l’énergie « verte » du futur ?

Pollution, énergie fossile, pétrole, gaz naturel… Dans un contexte environnementale, climatique et énergétique complexe, la recherche d’alternative aux sources d’énergies « classique » constitue un véritable défi pour les années à venir. Parmi les solutions envisagées et développées, l’hydrogène occupe une place de choix en France, en Europe et dans le monde. La recherche avance progressivement pour proposer une technologie fiable et performante qui pourrait alimenter nos transports : train, voiture… Mais pas seulement. Face au pétrole, au nucléaire, au gaz… Face au solaire et à l’éolien, l’hydrogène est-elle l’énergie « verte » du futur ?

Quel est l’intérêt de l’hydrogène en matière d’énergie ?

Déjà largement utilisé par les industriels, l’hydrogène tant à se « démocratiser » notamment grâce à son utilisation pour la création de pile à combustible. Et si le procédé de la pile à hydrogène n’est pas nouveau, l’intérêt croissant pour cette technologie est en partie dû au contexte environnementale.

• En effet, nous l’évoquerons à nouveau plus bas, l’utilisation de l’hydrogène pour produire de l’électricité ne génère pas de pollution.
• Alors que l’électricité a proprement parlé ne peut-être stockée, l’hydrogène peut l’être afin de fournir de l’énergie au moment voulu.
• Gaz le plus léger, l’hydrogène est stockable sous forme liquide et donc aisément transportable
• Dans un contexte de dépendance aux énergies fossiles, notamment pour les transports, automobiles en tête, la production d’énergie grâce à l’hydrogène se présente comme une alternative intéressante.

Comment produit-on de l’hydrogène ?

Nous avons tous en tête nos lointains cours de chimie, ou à minima la composition chimique de l’eau : H2Oà, à savoir é molécules d’hydrogène et une molécule d’oxygène. L’hydrogène est donc une ressources naturellement présente dans notre environnement : dans l’eau (H20) juste au-dessus, dans le méthane (CH4), ou encore dans le dihydrogène (H2), un gaz libéré par la combustion de certaines matières comme le bois ou le charbon. Il existe ainsi différents procédés permettant de produit de l’hydrogène :

Gaz naturel et reformage

Constituée de 4 molécules d’hydrogène, le méthane (CH4), lorsqu’il est chauffé avec de la vapeur d’eau (H20) voit sa structure évoluer, formant d’une part du dihydrogène (H2) et d’autre part du dioxyde de carbone (CO2).

Charbon de bois et gazéification

Un autre procédé consiste à brûler le bois à très haute température, libérant des gaz de combustion, notamment du monoxyde de carbone (CO) et du dihydrogène (H2).

Eau et électrolyse

L’électrolyse consiste à créer une décomposition chimique à l’aide d’un courant électrique. Dans notre cas, ce sont les molécules d’eau (H2O) qui se décompose pour donner d’un part des molécules de dioxygène (02) et des molécules de dihydrogène (H2).

A ce jour, l’industrie de l’hydrogène utilise largement la méthode du reformage à partir d’hydrocarbures en raison, principalement, de la facilité et du coût plus restreint du procédé. Pourquoi l’électrolyse de l’eau n’est-elle pas privilégiée ? Pour deux raisons : car ce procédé est plus cher, mais aussi parce que l’eau n’est pas disponible partout et pour tous.

Comment transforme-t-on l’hydrogène en électricité ?

La production d’électricité au sien d’une pile à hydrogène repose sur une réaction chimique précise dont l’objectif est de produire, à partir d’hydrogène et d’oxygène, de l’eau, de la chaleur mais surtout de l’électricité. Cette réaction est appelé oxydoréduction. Au niveau de l’anode et au contact d’un catalyseur, les molécules d’hydrogène vont se décomposer et libérer des électrons générant un courant électrique. Arrivant à la cathode, les protons d’hydrogènes vont quant à eux se réunir aux ions d’oxygène pour produire de l’eau.
Ce procédé et la pile à combustible ne sont par récents puisqu’ils ont été inventés dans les années 1930. Néanmoins, l’amélioration des techniques, des rendements ainsi que de la durée de vie des piles ont permis de développer son utilisation pour l’automobile par exemple, mais aussi dans l’aérospatial. Les problématiques environnementales et leur prise en compte contribuent largement à la poursuite des recherches et au développement de ces technologies.

L’hydrogène est-elle une énergie verte ?

La présentation des différents mode de production l’a laissé entendre, il peut sembler difficile de définir l’hydrogène comme une énergie renouvelable totalement verte et ce pour plusieurs raisons. Quel que soit le mode de production d’hydrogène, cela nécessite systématiquement une grande quantité d’énergie. Il convient ainsi de s’interroger sur l’origine de l’électricité utilisée pour cette opération. Charbon, nucléaire, gaz, pétrole, hydrocarbure, éolien… De même, certains procédés génèrent des gaz polluants qu’il conviendrait de stocker pour éviter de les relâcher dans l’environnement. Tous les types d’énergies n’ont évidemment pas le même bilan écologique.

Ainsi, lorsque l’on parle de l’hydrogène comme d’une « énergie verte » ou d’une « énergie du futur », c’est plus volontiers à l’électrolyse de l’eau que l’on pense en raison de la pureté de l’hydrogène produite, de l’absence de déchets liés à la production, à condition bien entendu que l’électricité utilisée soit elle-même issue de circuits durables. En ce sens et selon l’ADEME, l’hydrogène produit par électrolyse à l’aide d’électricité issue du nucléaire produirait 4,5 fois moins de CO2 que le reformage des gaz naturels ou hydrocarbures.

Au-delà de sa production en revanche, c’est son utilisation qui est intéressante. En effet, le processus chimique au sein de la pile à combustible produit de l’électricité , de la chaleur et rejette de l’eau. Le fonctionnement a proprement parlé de la pile à hydrogène ne génère donc pas de pollution. C’est notamment pour cela que l’on envisage « l’hydrogène vert » comme l’énergie du futur.

Si importante soit la ressource énergétique offerte par la pile à hydrogène, les possibilités de stockage, et si son utilisation est décarbonée, la production électrique proposée par ce moyen n’est pas sans poser de problème. Parce que sa production dépend massivement d’énergies non renouvelables, l’hydrogène n’est pas encore la solution miracle. Et alors que l’éolien et le solaire occupent encore une place réduire dans la production énergétique dans la monde, il semble aujourd’hui difficile d’utiliser cette énergie renouvelable pour la production d’hydrogène. C’est pourtant là que se trouveraient la clé pour un hydrogène « vert », en conciliant production et consommation écologique. C’est donc probablement le principal défi à relever pour faire de l’hydrogène l’énergie verte du futur.