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Produire de l’hydrogène décarboné

L’hydrogène est un vecteur d’énergie pour la tran­si­tion énergé­tique à con­di­tion qu’il soit décar­boné, c’est-à-dire qu’il soit pro­duit par des éner­gies renou­ve­lables. Rap­pel des tech­niques en vigueur et des usages.

Élec­trol­yse et gazéification
 
C’est dans l’électrolyse de l’eau, avec de l’électricité provenant d’énergies renou­ve­lables inter­mit­tentes, que réside le réel poten­tiel de pro­duc­tion d’hydrogène décar­boné. Les sur­plus de pro­duc­tion des éoli­ennes et des instal­la­tions pho­to­voltaïques peu­vent en effet être util­isés pour cette trans­for­ma­tion. Cepen­dant, cette voie est aujourd’hui encore deux à trois fois plus coû­teuse que le refor­mage du gaz naturel. La fil­ière doit donc tra­vailler à la baisse des coûts de production.
 
Il est égale­ment pos­si­ble de pro­duire de l’hydrogène par gazéi­fi­ca­tion, avec com­bus­tion de char­bon (à exclure pour le bilan car­bone) ou de bio­masse. Cette dernière solu­tion per­met un recy­clage de la bio­masse ligneuse ou solide peu prop­ice à la méthani­sa­tion et est donc intéres­sante. La pro­duc­tion de dihy­drogène (H2) peut être aus­si réal­isée par refor­mage du gaz naturel à la vapeur d’eau. Pour être décar­bonée, cette opéra­tion néces­site l’utilisation de bio­méthane. Mais est-ce la meilleure util­i­sa­tion pour ce dernier, son usage direct en injec­tion assur­ant un ren­de­ment sans perte d’énergie ?
 
Pan­neau hydrogène
 
Il existe une autre source de pro­duc­tion, encore à l’état de veille tech­nologique : la ville de Sendai et l’université du Tohoku, dans la pré­fec­ture de Miya­gi, au Japon, ont con­join­te­ment com­mencé en automne 2003 à dévelop­per un sys­tème pour pro­duire de l’hydrogène à par­tir des boues d’épuration selon le principe la pho­to-décom­po­si­tion de sul­fure d’hydrogène (H2S) par expo­si­tions aux rayons solaires.
 
Par ailleurs, des chercheurs du Lab­o­ra­toire nation­al Lawrence Berke­ley et du Cen­tre com­mun de pho­to­syn­thèse arti­fi­cielle (États-Unis) ont mis au point une « cel­lule hybride pho­to-élec­trochim­ique et voltaïque (HPEV) », un dis­posi­tif qui trans­forme la lumière du Soleil non pas seule­ment en hydrogène, mais aus­si en élec­tric­ité. Cette dou­ble pro­duc­tion per­me­t­trait d’entrevoir des ren­de­ments de l’ordre de 20 %.
 
Avan­tage mobilité
 
Le pos­tu­lat de l’hydrogène décar­boné se base donc, en plus de la gazéi­fi­ca­tion de la bio­masse non val­oris­able en méthane, sur le sur­plus des éner­gies renou­ve­lables inter­mit­tentes et donc un développe­ment fort de celles-ci. Avec une ques­tion en fil­igrane : est-ce le meilleur moyen d’utiliser et de stock­er l’électricité en surplus ?
 
L’hydrogène est sans con­teste un moyen intéres­sant de stock­er le sur­plus d’électricité, mais pas for­cé­ment celui qui présente le meilleur ren­de­ment. L’utilisation directe de ce sur­plus pour la charge de véhicules élec­triques est plus per­for­mante. Cepen­dant, l’hydrogène présente un intérêt par­ti­c­uli­er dans la décar­bon­a­tion de la mobil­ité et des trans­ports en général grâce aux piles à com­bustible embar­quées dans des véhicules qui con­ver­tis­sent alors l’hydrogène en élec­tric­ité. Avan­tage par rap­port aux véhicules élec­triques sur bat­terie : temps de recharge rapi­de et grande autonomie. Pour envis­ager un déploiement à grande échelle, économique­ment viable, c’est-à-dire après la phase de lance­ment sub­ven­tion­né par les États (comme le nucléaire !) il fau­dra divis­er les coûts de pro­duc­tion par élec­trol­yse, déter­min­er un coût du CO2, tenir compte des baiss­es de ren­de­ment à chaque étape (élec­tric­ité vers hydrogène puis hydrogène vers élec­tric­ité), et déploy­er en par­al­lèle les infra­struc­tures de trans­port. C’est cette dernière étape qui se déroule actuellement. 
 

Val­ori­sa­tion de l’hydrogène décarboné
Trois grandes voies de val­ori­sa­tion sont possibles :
• Pow­er-to-Indus­try : util­i­sa­tion directe de la pro­duc­tion pour décar­bon­er les process industriels ;
• Pow­er-to-Gas : val­ori­sa­tion par injec­tion dans le réseau gaz ou par pro­duc­tion de méthane de syn­thèse (métha­na­tion) ;
• Pow­er-to-Pow­er : pro­duc­tion d’électricité grâce aux piles à com­bustible (pour la mobil­ité en particulier).

Il est égale­ment pos­si­ble d’utiliser l’hydrogène en car­bu­rant pour les moteurs ther­miques, mais ce procédé ne serait pas performant. 

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