Aujourd’hui les énergies fossiles sont en grande partie responsables du réchauffement climatique, elles représentent 70% des émissions de gaz à effet de serre. Elles sont peu à peu remplacées par les énergies renouvelables, mais celles-ci comportent certaines problématiques d’intermittence qui ne conviennent pas à tous les domaines.
L’hydrogène est l’élément le plus abondant dans l’univers, il est notamment présent dans l’eau, le bois, le soleil…Ce qui fait de lui une énergie inépuisable. Il se présente sous forme de gaz et peut-être un combustible qui offre une source de chaleur, de l’énergie.Ses possibilités d’usages sont larges et son stockage présente certains avantages.
Et si la solution était d’accompagner les énergies renouvelables à l’hydrogène ? Le développement de l’hydrogène semble être une innovation importante dans la transition écologique. D’où il vient ? Comment est-ce qu’on l’utilise ? Quels sont ses impacts sur l’environnement ?
Comment exploiter l’hydrogène ?
Voici les différents processus de fabrication de l’hydrogène :
– Le plus courant est le reformage du gaz naturel par de la vapeur d’eau surchauffée grâce à une réaction chimique. On parle de vaporeformage. En présence de vapeur d’eau et de chaleur , les atomes carbonés du méthane se dissocient. Après deux réactions, ils se reforment séparément pour obtenir, d’un côté, du dihydrogène et, de l’autre du dioxyde de carbone.
– Un autre procédé est la gazéification du charbon de bois. Brûlé dans un réacteur à très haute température (entre 1 200 et 1 500 °C), le bois libère des gaz qui vont alors se séparer et se reformer pour obtenir, d’un côté, du dihydrogène et, de l’autre, du monoxyde de carbone.
– L’hydrogène peut aussi être fabriqué à partir de l’électricité, par l’électrolyse de l’eau. Elle consiste, à l’aide d’un courant électrique, à décomposer l’eau, en dioxygène, d’un côté, et en dihydrogène de l’autre. Cette méthode est la moins compétitive mais la plus écologique.
Après cela, afin de transformer cette énergie chimique (gaz) en énergie électrique il faut utiliser une pile à combustible : La molécule d’hydrogène, au contact d’un catalyseur, se décompose et libère des électrons qui vont créer le courant électrique.
Cette combustion ne rejette pas de CO2, mais de la vapeur d’eau, ce qui est un atout de taille.
Histoire de l’hydrogène :
Les premières découvertes de l’hydrogène furent au 18e siècle au travers d’expériences scientifiques, Antoine Lavoisier découvre que l’« air inflammable » qu’il baptise hydrogène réagit avec l’oxygène pour former de l’eau. Mais ce n’est qu’au 20e siècle qu’on lui trouve un intérêt, il est utilisé avec une pile à combustible pour le tout premier véhicule hydrogène, un tracteur.
En 1980, la fusée Ariane 1 décolle avec son moteur principal fonctionnant à l’hydrogène.
En 1990 la France s’implique dans la recherche et le développement de VPE (Véhicule propre et économe) et ainsi étudie et exploite les possibilités de l’hydrogène dans le transport.
En 2008 les premières voitures hydrogènes apparaissent.
L’hydrogène pour une mobilité verte
Le domaine du transport représente plus de 39% des émissions de CO2 en France, en 2021. Dans l’objectif d’une transition écologique, ce secteur doit progresser et proposer des moyens de transport plus propres.
L’utilisation de l’hydrogène pour les transports comporte de nombreux avantages :
+ Pour créer la même énergie, il faut 4 fois plus d’essence que d’hydrogène.
+ 1KM parcouru avec une voiture thermique émet 180g de CO2 contre 90g de CO2 pour une voiture à hydrogène (l’extraction, le transport, et la fabrication du véhicule sont pris en compte).
+ Les voitures Hydrogènes comportent les mêmes facilités d’utilisation que les voitures thermiques : L’autonomie, la fiabilité, le temps pour faire un plein sont similaires.
+ Les voitures hydrogènes n’ont pas besoin de batterie contrairement à l’électrique.
Il existe de plus en plus d’exemples de l’utilisation de l’hydrogène pour la mobilité :
– Energy Observer est un bateau, autonome en énergie, zéro émission, zéro particule fine, zéro bruit. Parti en 2016 sur les mers il est la preuve que l’utilisation des énergies renouvelables avec l’hydrogène pour la stocker est une solution durable pour créer de l’électricité.
– Airbus a développé 3 concepts d’avion à hydrogène afin de réduire leurs émissions de GES (le secteur aérien représente 2 à 3% des émissions) ils devraient être effectifs d’ici 2030.
– Toyota et Hundai sont les 2 premières marques automobiles à avoir commercialisé des voitures hydrogènes : 11 200 modèles hydrogènes circulaient en 2018.
– Toyota prévoit de lancer plus de 100 autobus à Hydrogène avant les Jeux olympiques et paralympiques de Tokyo 2021.
– Une flotte de 600 taxis Hydrogène est exploitée en Île-de-France en 2021.
– Le premier train hydrogène a été développé en 2017 par Alstom. En 2020, Alstom signe avec le groupe SNAM, plus grand groupe européen de gazoducs, un accord sur cinq ans pour développer des trains à hydrogène en Italie.
Mais quelques obstacles doivent être surmontés pour tendre vers un développement des transports à hydrogène à grande échelle :
– Pour le moment, 95% de l’hydrogène est produit à partir d’énergie fossile.
Solution : l’hydrogène, afin qu’il soit propre, doit être issu d’une électrolyse d’eau, un moyen de fabrication qui doit être développé à grande échelle pour le rendre plus rentable.
– Le prix des véhicules est trop élevé, ceci est en partie expliqué par le prix des matériaux nécessaires pour la combustion de l’hydrogène. En effet la pile à combustible comporte du platine, matériaux très chers.
Solution : Les chercheurs innovent afin de réduire les quantités de platines ou de substituer ce matériau. Ici l’innovation d’une chercheuse canadienne : Remplacer ces matériaux à base de pétrole par la lignine, une composante du bois. «Dans les deux cas, c’est du carbone avec des bases différentes, mais la lignine coûte presque 10 fois moins cher», précise-t-elle. «En plus, le procédé de fabrication est vert, car nous utilisons des résidus de production du papier»
Donc les futures technologies peuvent peut-être la rendre plus compétitive.
– Développer un réseau de distribution.
Solution : Une initiative pan-européenne visant à créer un réseau de ravitaillement en hydrogène est en cours, avec environ 200 stations déjà ouvertes et plus prévues chaque année.
L’hydrogène peut-il substituer les énergies fossiles ?
On peut en effet imaginer des immeubles et même des quartiers entiers autonomes grâce à l’hydrogène. Il existe d’ailleurs des essais : dans le village La Nouvelle à la Réunion, EDF expérimente un système de stockage de l’énergie solaire via l’hydrogène. Développée par la start-up française Powidian, la technologie baptisée « SAGES » (Smart Autonomous Green Energy System) permet d’emmagasiner l’électricité excédentaire produite par les panneaux photovoltaïques installés sur les toits des bâtiments publics.
Stockée dans des batteries pour un usage à court terme, l’électricité peut également être convertie en hydrogène via un électrolyseur. Conservé dans un réservoir, il peut ensuite être retransformé en électricité grâce à une pile à combustible et injectée dans le réseau selon les besoins. Lors de longues périodes sans ensoleillement, les habitants peuvent donc continuer à être alimentés. Un premier dispositif a vu le jour en 2016 sur le toit de l’école de La Nouvelle, avant un éventuel déploiement à plus grande échelle dans les autres îlets. La Réunion vise ainsi l’autonomie énergétique d’ici 2030.
L’utilisation d’hydrogène avec les énergies renouvelables permettrait de faire un pas de géant vers la réduction de GES, mais dans quelle mesure les pays sont capables d’appréhender ces changements ?
Conclusion :
Le potentiel de l’hydrogène semble donc immense et pourrait aider le monde entier à faire sa transition écologique sur le long terme. Mais les obstacles sont encore nombreux et la fabrication d’hydrogène est pour le moment majoritairement à base d’énergie fossile et n’a donc aucun impact sur la réduction d’émission de GES.
Une des solutions serait un hydrogène fabriqué à partir de l’électricité, par l’électrolyse de l’eau. Mais cette méthode est très loin d’avoir la compétitivité économique de celle utilisant des sources fossiles. L’hydrogène issu de l’électrolyse revient aujourd’hui à un coût environ 4 fois supérieur à celui provenant des énergies fossiles et n’ai donc pas rentable.
Seuls l’innovation et le développement des énergies renouvelables à très grande échelle semblent pouvoir garantir le développement et l’exploitation de l’hydrogène propre.
Sources :
https://www.toyota.fr/world-of-toyota/gamme-electrifiee-toyota/hydrogene-toyota/