Hydrogène et Gigafactory
L’Hydrogène et les Gigafactory se développent pour le futur de la transition énergétique.
L’hydrogène peut en effet servir pour la production d’énergie électrique.
Mais on connaît moins bien les propriétés de l’hydrogène comme vecteur énergétique.
Élément chimique le plus abondant dans l’univers, l’hydrogène est un gaz invisible et inodore.
Il sert principalement dans l’industrie pétrolière et dans l’industrie chimique pour ses propriétés.
Il sert à la production d’ammoniac (engrais) et de méthanol.
Et il sert aussi de réactif dans les procédés de raffinage des bruts en produits pétroliers, carburants et biocarburants.
Dans la perspective de la transition énergétique pour la croissance verte, l’hydrogène représente un enjeu technologique majeur.
Mais dès lors qu’il sera produit de manière propre et sans carbone.
Avec les objectifs pour 2030 dans la consommation finale d’énergie d’un taux de 32% d’énergies renouvelables, l’hydrogène prend ainsi son envol.
D’autant plus que dans la production d’électricité le taux fixé est de 40% d’énergies renouvelables.
Hydrogène naturelle polyvalente
Bien que présent dans l’Univers, l’hydrogène n’est pas une source d’énergie proprement dite.
En effet, pour pouvoir l’utiliser, il faut à la fois le produire et le stocker.
Il faut environ 7 litres d’hydrogène comprimé à 700 bars pour produire l’énergie d’un litre d’essence.
Pour récupérer l’énergie de l’hydrogène, deux solutions existent :
- par incinération : en brûlant l’hydrogène on produit une énergie trois fois plus importante que celle obtenu avec de l’essence. En brûlant, l’hydrogène ne produit que de l’eau.
- en utilisant une pile à combustible : on introduit l’hydrogène avec de l’eau ce qui permet de produire de l’électricité. Dans ce cas aussi, on ne rejette que de l’eau. L’hydrogène peut ainsi servir de carburant pour une voiture électrique équipée d’une pile à combustible.
On peut également produite de la chaleur avec de l’hydrogène en le mélangeant à du méthane.
Une tonne d’hydrogène équivaut ainsi à 2,86 tep en équivalent chaleur.
En France, la production d’hydrogène se réalise à 94 % à partir du bois ou d’énergies fossiles comme le gaz (pour près de la moitié), le charbon et les hydrocarbures.
Dans ce cadre, cette production d’hydrogène est responsable de l’émission de 11,5 Mt de CO2 soit environ 3 % des émissions nationales (composantes des GES)..
Besoin d’hydrogène propre
A l’inverse, il est possible de produire de l’hydrogène de manière plus économique et décarbonée grâce aux progrès de la technologie de l’électrolyse de l’eau.
Cette technique vise à décomposer l’eau et à séparer la molécule d’eau en dioxygène (O2) et en dihydrogène (H2) grâce à un apport électrique.
Pour le rendre le plus vert possible, l’électricité nécessaire pour produire l’hydrogène ne doit par contre pas provenir d’énergies fossiles.
L’objectif est d’obtenir un hydrogène « vert » sans carbone.
Notre futur pourrait devenir ainsi un ensemble fait d’Hydrogène et de Gigafactory.
L’enjeu de l’hydrogène décarboné est donc majeur.
Cela permettrait de décarboner le secteur industriel qui est très consommateur en énergie.
Mais aussi le secteur des transports car l’hydrogène semblerait plus avantageux que les batteries.
Actuellement, la technique par électrolyse ne représente que 1 % de l’hydrogène produit en France.
La question du coût de cette production électrolytique reste malgré tout un obstacle majeur pour développer Hydrogène et Gigafactory.
Mais les progrès se poursuivent pour diminuer le coût notamment avec l’électrolyse à haute température (EHT).
Plusieurs autres techniques de production
Une autre technique de fabrication de l’hydrogène est celle de la gazéification du charbon de bois (qui contient du carbone et de l’eau).
En étant brûlé dans un réacteur à très haute température (de 1 200 à 1 500 °C), le bois libère des gaz qui vont se séparer et se reformer pour obtenir du dihydrogène (H2) et du monoxyde de carbone (CO).
Le bois contient d’ailleurs naturellement du carbone biogénique (carbone végétal).
On peut également produire l’hydrogène avec le reformage du gaz naturel par de la vapeur d’eau surchauffée.
On parle alors de vaporeformage.
Avec la vapeur d’eau et la chaleur, les atomes carbonés (C) du méthane (CH4) se dissocient.
Il faut alors capter le CO2 émis avec ce procédé et le stocker pour produire un hydrogène décarboné.
Au bout de deux réactions successives, on obtient d’une part du dihydrogène (H2) et d’autre part du dioxyde de carbone (CO2) comme avec le bois.
La gazéification offre des perspectives sur toute la filière biomasse solide soit en définitive avec toutes les matières organiques.
En brulant, les matières organiques dégagent du biogaz et les déchets végétaux peuvent également être utilisés.
La gestion des déchets devient un enjeu capital dans le monde industriel et les avancées technologiques aussi.
Une innovation se développe avec le « craquage » de gaz de pyrolyse (ou thermolyse) par torche plasma débouchant sur aussi la production d’hydrogène.
Enfin et pour conclure cet article, en matière d’Hydrogène et Gigafactory, la diversification est possible.
En effet, il existe des procédés plus à la marge comme la photo électrolyse, la décomposition thermochimique et les microbes photosynthétiques.
Article : P. du Chélas
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Selon l’agence internationale de l’énergie (AIE), l’hydrogène décarboné pourrait contribuer à hauteur de 13% au mix énergétique global en 2050 et donc une production 10 fois supérieure à 2020.
Convention d’Aarhus / UICN / AI Act
Photo : Agence Calédonienne de l’énergie
