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Votre hydrogène avec ou sans carbone ?

Christian Guyard
- L'hydrogène, énergie propre ? À condition de s'affranchir du gaz carbonique créé par certaines filières de production.

L'eau sera le charbon du futur ! Jules Verne l'a écrit dans son roman L'Île mystérieuse, publié en 1874. Cela étant, entre l'idéalisme altruiste du romancier et les acteurs actuels du secteur de l'énergie, il y a un monde. L'hydrogène est un vecteur énergétique tout comme l'électricité, mais il a sur elle un avantage : il se stocke. Le stockage d'une quantité d'énergie bien supérieure à ce que l'on sait faire avec de l'électricité ouvre la porte à des systèmes de production discontinue, donc à plus de souplesse quant aux sources d'énergie utilisables (au premier rang desquelles les énergies renouvelables) et une garantie d'autonomie pour les applications mobiles.

Aujourd'hui, le futur de l'hydrogène est moins orienté par la technique que par l'économie, donc par la politique. C'est une affaire de choix de société. Lors de la première conférence européenne sur l'énergie, qui s'est tenue à Grenoble en septembre dernier, David Hart de l'Imperial College de Londres a insisté sur le fait que la possibilité de produire de l'hydrogène à partir de "n'importe quoi" rend cette économie complexe : « Les coûts et les émissions dépendent fortement des conditions locales, ce qui est vrai aujourd'hui ici ne l'est pas forcément ailleurs. » Il a démonté aussi les arguments classiques invoqués contre les énergies renouvelables dont on dit qu'elles n'arriveront pas à subvenir aux besoins mondiaux, qu'elles seront toujours plus chères que les autres et moins efficaces.

Vers un réacteur à haute température

Or, le potentiel en énergies renouvelables est énorme, et très réparti à la surface du globe. Par ailleurs, ces énergies suivent des courbes traditionnelles de réduction des coûts. Enfin, l'efficacité importe moins que les émissions et les coûts (réels et totaux ! voir les coûts des pollutions et des dégâts environnementaux), mais impacte les deux.

L'hydrogène s'inscrit donc dans une politique de long terme et surtout dans une terrible lutte d'influence entre les énergies en place, toutes émettrices de gaz carbonique et autres nuisances, et la pression de l'opinion publique pour éviter des catastrophes climatiques. Faut-il boire le pétrole jusqu'à la dernière goutte, épuiser les gisements de gaz et de charbon ? L'important, comme le rappelait un représentant de la Commission européenne, est de « démarrer cette économie, même si, pendant les premières années (d'ici à 2020), les questions d'environnement ne seront pas prioritaires » : en clair, même si la production d'hydrogène génère du gaz carbonique.

Aujourd'hui, l'hydrogène est produit à grande échelle : l'industrie européenne en consomme un peu moins de 6 millions de tonnes par an, la production mondiale est estimée à 45 millions de tonnes par an et il existe déjà des réseaux de distribution par pipe. Il s'agit d'une production délibérée (production à des fins de synthèse, ammoniac et autres) ou fatale (hydrogène sous-produit de l'électrolyse pour obtenir le chlore et d'opérations de craquage pétrolier). La source principale aujourd'hui (à 85 %) est le gaz naturel, sauf en Inde et en Chine qui utilisent le charbon.

La production d'hydrogène "énergétique", avec des tonnages bien plus importants qu'aujourd'hui (au minimum vingt fois la production actuelle) reflétera l'alternative suivante : de l'hydrogène produit dans de grandes usines, puis distribué par canalisations et citernes, ou de l'hydrogène produit par une multitude de petites et moyennes usines avec des réseaux locaux et une distribution locale. La seconde solution n'exclut pas la mobilité puisqu'un mobile aura suffisamment d'autonomie pour passer d'une zone à une autre, mais la première permet le captage et la séquestration du gaz carbonique (ce qui demande encore de nombreux développements technologiques et des investissements colossaux). L'utilisation de biomasse résout le problème du gaz carbonique car il est réutilisé pour la croissance des plantes tout en gardant une production très répartie et des installations beaucoup moins capitalistiques. Un schéma bien moins centralisé et contrôlable, mais moins vulnérable.

L'idéal est bien sûr de casser directement la molécule d'eau. L'électrolyse le fait aisément ; nombreux sont ceux qui pensent qu'il est dommage d'utiliser ce moyen noble pour le produire, mais la technologie des petits électrolyseurs est mature. L'électrolyse à haute température (800 à 1 000 °C) est à l'étude ; c'est l'inverse de la pile à combustible type SOFC (Solid Oxide Fuel Cell).

La chaleur pure est un autre moyen, mais la molécule est très stable. Pour rester dans des températures acceptables (600 à 1 000 °C), il faut utiliser des cycles thermochimiques non encore maîtrisés aujourd'hui. La source de chaleur est le soleil ou le nucléaire. D'où le regain des tenants du nucléaire avec le lancement du Forum international génération IV en 2001 par une dizaine de pays qui visent à l'horizon 2030 un réacteur prototype haute température pour la production d'hydrogène et d'électricité. Le soleil ne dit pas son dernier mot, avec un soutien de poids, le prix Nobel Carlo Rubbia, partisan du "solaire haute température". Décidément, il faut bien voir l'hydrogène comme un moyen de résoudre nos problèmes d'énergie et non comme un moyen d'accumuler des dollars.

EN SAVOIR PLUS

- AFH2 site www.afh2.org renseignements et ouverture sur de nombreux sites - Communauté européenne www.cordis.lu/sustdev/energy/h2.htm - Hynet réseau européen sur l'hydrogène www.hynet.info - Congrès mondial de l'hydrogène WHE, en 2004 au Japon et en 2006 à Lyon (France)

ISLANDE : LE CHOIX D'UNE CIVILISATION SANS CARBONE

Le pays est rude, à la limite du cercle polaire, mais sur un point chaud de la croûte terrestre. Il émet du gaz carbonique, 11 tonnes CO2 par habitant en raison des transports terrestres, de sa flotte de pêche et de son industrie. La production d'hydrogène par électrolyse est pratiquée depuis un demi-siècle pour les besoins industriels. Pour le reste, le pays (230 000 habitants) a viré totalement vers les énergies renouvelables, géothermie et hydroélectricité dans les années 1990. Mais il ne s'en satisfait pas et a démarré dès 1997 une réflexion sur la production domestique de carburant, hydrogène ou composés synthétiques riches en hydrogène pour réduire les importations et être indépendant. En 1998, la société Icelandic New Energy a été créée entre un consortium islandais (51 %) et DaimlerChrysler, Norsk Hydro et Shell. Son objectif à terme : faire de l'Islande la première économie de l'hydrogène au monde. La pêche à l'hydrogène liquide Première étape de cette conversion, les bus à hydrogène (inauguration de la station à l'été 2003) ensuite viendront les voitures particulières et enfin la flotte de pêche (avec réservoir d'hydrogène liquide). Le projet de bus Ectos (7 millions d'euros) est soutenu par le 5e programme-cadre européen (2,85 millions d'euros). Ultérieurement, la production d'hydrogène est envisagée par électrolyse à haute température. Cinquante ans sont prévus pour cette conversion avec, à terme, une production de 81 000 tonnes d'hydrogène avec 4,3 TWh. Le rêve de Jules Verne sera réalisé sur une île non mystérieuse. www.newenergy.is

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