Un article de contribution à la réflexion – Un soudain engouement européen pour l’hydrogène oblige à essayer de clarifier l’actualité de cet élément promu maintenant par les médias comme la 7ème merveille de notre avenir.
L’hydrogène premier élément de la classification de Mendeleïev est très abondant sur terre, sous forme atomique (eau, hydrocarbures, …) mais rare à l’état naturel sous forme moléculaire.
Il est surtout le seul combustible non carboné, donc non producteur de CO2 au cours de sa combustion et donc susceptible de participer aux objectifs mondiaux de réduction des gaz à effet de serre parmi lesquels la principale cible est la réduction du dioxyde de carbone CO2.
1. Engouement européen
En mars 2020 la Commission européenne définissait une nouvelle stratégie industrielle pour l’Europe (comprenons l’Union européenne)[1] dont un des fondamentaux consistait à « Soutenir l’industrie sur la voie de la neutralité climatique » et affirmait que la réduction des émissions dans l’industrie dépendrait d’un principe de primauté de l’efficacité énergétique, primauté qui nécessiterait une approche plus stratégique à l’égard des industries des énergies renouvelables.
Très rapidement à la suite de l’annonce de cette nouvelle stratégie industrielle de l’Europe la Commission européenne énonçait sa vision pour un hydrogène propre, et définissait sa stratégie de l’hydrogène pour une Europe climatiquement neutre [2], l’hydrogène étant considéré par la Commission européenne comme pouvant servir de matière première, de carburant, de vecteur énergétique et de solution de stockage, son utilisation ne causant pas d’émissions de CO2 et pratiquement pas de pollution atmosphérique.
Ce document essaie de synthétiser les raisons qui poussent l’Europe à miser sur l’hydrogène pour respecter son objectif de neutralité carbone d’ici à 2050.
La France, en bon élève européen, suit le mouvement en semblant oublier que l’utilisation industrielle de l’H2, en France, date de plus de 50 ans mais commence tout d’abord par rappeler les tous premiers éléments qui peuvent appuyer cette décision.
2. Quelques rappels concernant l’H2
2.1 Caractéristiques générales de l’hydrogène [3]
Il est inodore, ce qui est un facteur de risque, sa flamme est incolore, ce qui présente un inconvénient (invisible donc non détectable visuellement) et un avantage (la chaleur ne rayonne pas, donc a moins de risque d’enflammer d’autres objets ou surface à proximité).
Il n’est pas toxique.
L’H2 présente certaines caractéristiques qui induisent des risques spécifiques en matière de sécurité́.
Gaz inflammable[4] et très léger, il a une diffusivité́ élevée et sa gestion oblige à tenir compte de risques de fuites.
Il peut fragiliser certains matériaux métalliques ce qui rend son stockage particulier.
2.2 · Comparaison énergétique de différentes sources d’énergie
Il semble intéressant les caractéristiques calorifiques qui militent en faveur de l’hydrogène comme source particulièrement énergétique, en comparaison des sources habituelles.
| Pouvoir calorifique Inférieur. | Masse volumique (101325pa – 15°C) | |||||
| Source d’énergie | (MJ/kg) | (MJ/m3) | (kWh/m3) | (kWh / kg) | (kg/m3) | (m3/kg) |
| Hydrogène | 119,93 | 10,224 | 2,84 | 33,33 | 0,0852 | 11,73 |
| Méthane | 50,01 | 33,99 | 9,44 | 13,891 | 0,6797 | 1,47 |
| Propane | 46,1 | 87,53 | 24,31 | 12,805 | 1,8988 | 0,52 |
| Butane | 45,7 | 116,24 | 32,28 | 16,694 | 2,5436 | 0,39 |
| Essence | 47,3 | 13,138 | ||||
| Diesel | 44,8 | 12,444 | ||||
Ces premières caractéristiques énergétiques permettent de comprendre l’intérêt de l’hydrogène mais également les risques associés.
3. Les différentes sources de production de l’hydrogène [5]
3.1 Qu’est-ce que l’hydrogène ?
Comme l’électricité, l’hydrogène est principalement un vecteur énergétique et non une énergie en tant que telle, car il est produit au moyen d’une réaction chimique à partir d’une ressource primaire.
Actuellement, pour des raisons économiques, l’hydrogène est issu à 95 % de la transformation d’énergies fossiles, dont pour près de la moitié à partir du gaz naturel.
3.2 Où se trouve l’hydrogène ?
Les ressources principales permettant de produire le dihydrogène H2 (que l’on appelle hydrogène par abus de langage) sont l’eau et les hydrocarbures (le charbon, le pétrole ou le gaz).
- En effet, chaque molécule d’eau est le fruit de la combinaison entre un atome d’oxygène et deux atomes d’hydrogène, suivant la formule H2O.
- Les hydrocarbures sont issus de la combinaison d’atomes de carbone et d’hydrogène. C’est par exemple le cas du méthane, constituant principal du gaz naturel dont la formule est CH4, l’une des combinaisons les plus simples pour les hydrocarbures.
L’hydrogène existe aussi à l’état naturel. Les premières sources naturelles d’hydrogène ont été découvertes au fond des mers dans les années 70 et plus récemment à terre.
3.3 Comment produit-on de l’hydrogène ?
Les principales techniques de production existantes sont les suivantes
le reformage du gaz naturel à la vapeur d’eau est la technique la plus répandue. Il s’agit de faire réagir du méthane avec de l’eau pour obtenir un mélange contenant de l’hydrogène et du CO2. Le CO2 émis par ce procédé pourrait éventuellement être capté et stocké pour produire un hydrogène décarboné. En lieu et place du gaz naturel, l’utilisation du biométhane (méthane issu de la fermentation de la biomasse) constitue aussi une solution pour produire un hydrogène décarboné ;
l’hydrogène peut aussi être produit à partir d’eau et d’électricité, c’est l’électrolyse de l’eau. L’électrolyseur sépare une molécule d’eau en hydrogène et en oxygène. Cette voie est encore peu répandue car nettement plus coûteuse (2 à 3 fois plus chère que le reformage du gaz naturel) et réservée aujourd’hui à des usages spécifiques, comme l’électronique, qui requièrent un niveau élevé de pureté ;
la gazéification permet de produire, par combustion, un mélange de CO et d’H2 à partir de charbon (solution qui émet beaucoup de CO2) ou de biomasse.