Hydrogène : Energie du futur ?

La production d’énergie est l’un des enjeux majeurs des décennies à venir. Démographie galopante, besoins exponentiels, fin programmée des énergies fossiles, imposent à l’humanité de trouver rapidement des alternatives non polluantes. Parmi les pistes pour relever le défi, l’hydrogène dans l’attente de solutions de type fusion nucléaire encore hypothétiques, pourrait constituer une voie d’avenir. La pile à combustible (PAC) est une “très vieille innovation”. Très simple, le principe de base de son fonctionnement a été découvert dès 1839, par le physicien anglais William Grove. Deux électrodes reliées par un circuit électrique et séparées par un électrolyte sont alimentées, en présence d’un catalyseur, l’une par de l’hydrogène – qui fait office de combustible –, l’autre par de l’oxygène atmosphérique. A la sortie, on produit de l’électricité et on rejette de la vapeur d’eau. Génial, mais trois problèmes sont à résoudre : l’hydrogène n’existe pas à l’état naturel et il faut donc le produire, son stockage demande certaines précautions et l’utilisation du platine dans l’échangeur de la PAC, rend l’aventure un peu chère…

 
Produire l’hydrogène

L’électrolyse de l’eau est un procédé parfaitement maîtrisé utilisé sans problème dans un certain nombre d’applications industrielles. Le hic, est que pour “craquer” la molécule d’eau, en oxygène d’un côté et hydrogène de l’autre, il faut de l’électricité. Si l’objectif est de produire de l’énergie propre avec les PAC, il serait ridicule de produire de l’hydrogène en utilisant de l’électricité provenant de centrales thermiques hyper polluantes. Ce mode de production ne peut donc prendre son sens que s’il s’appuie sur une offre d’énergies renouvelables à des prix compétitifs. La difficulté d’utilisation des productions électriques à base de photovoltaïque ou d’éolienne réside dans le stockage. La production d’H² facile à stocker et réutilisable à la demande pour une PAC, résout cette difficulté. Deux unités pilotes d’électrolyse alimentées par des générateurs éoliens sont actuellement exploitées, en Grèce et aux Canaries dans le cadre du projet européen RES2H2 alors qu’un autre procédé mis au point par le MIT (Massachusetts Institute of Technology) outre atlantique, utilise le solaire. Dans les innovations, l’électrolyse sous pression (100 bars) représente une amélioration importante du processus… Autre piste, le reformage, reposant sur l’extraction de l’hydrogène des ressources fossiles, plus spécifiquement des hydrocarbures. Compte tenu de l’importance de ceux-ci dans toutes les filières de distribution de l’énergie, c’est ce qui s’impose le plus clairement pour l’avènement à court et moyen termes des PAC. Le mélange de gaz naturel et vapeur d’eau ou oxydation donne de l’H². Très utilisé dans l’industrie chimique, reste à régler son adaptation à la taille des PAC. Dans les nouvelles pistes, le monde végétal, qui constitue un gigantesque réservoir d’énergie solaire captée par la photosynthèse, représente une source potentielle importante de production d’hydrogène.  

Le stockage

Il est le plus léger et le plus volumineux des atomes existant dans son état gazeux à température et à pression courantes. Sa capacité de libération d’énergie en fait, en outre, un gaz particulièrement inflammable. Autant que la mise au point des piles à combustible, ces aspects forment certainement le second “nœud” technologique conditionnant l’avènement de l’économie de l’hydrogène. La forme de stockage la plus courante consiste à comprimer le gaz et à le confiner dans des réservoirs sécurisés. Les pressions utilisées vont de 350 à 700 bars. Lancé en 2004, le projet européen StorHy (Système de stockage d’hydrogène pour des applications automobiles) vise à accélérer le développement de trois technologies de stockage de l’hydrogène : stockage à l’état gazeux sous haute pression (jusqu’à 700 bar), stockage sous forme liquide (cryogénique) à très basses températures (-253°C) et stockage absorbé dans des matériaux solides utilisant les nouveaux matériaux tels que les nanotubes carbonés. Le projet StorHy d’une durée de 5 ans regroupe 5 constructeurs automobiles (Peugeot, BMW, Daimler, Ford et Volvo), 14 équipementiers et 15 instituts de recherche européens. Il a été financé à hauteur de 10,7 millions d’euros par le 6ème Programme Recherche de l’UE et a mobilisé un budget total de 18,7 millions d’euros.

 

Les coûts

Difficultés récurrentes, les coûts des PAC utilisant comme catalyseur du platine, métal rare et donc très cher. Remplacer le platine de la cathode par de l’acier inoxydable, à condition qu’il soit en contact avec des enzymes produites par des microorganismes marins constitue la découverte majeure mise au point par le CEA-Saclay, en collaboration avec le laboratoire du Génie chimique de Toulouse (CNRS) et l’institut italien des Sciences marines à Gênes. Le coût actuel de 10.000 € des PAC pour un véhicule pourrait être divisé par 2 au travers de cette avancée technologique.

L’Europe en fer de lance

De nombreux projets sont soutenus par l’Europe dont MOREPOWER, avec pour objectif de développer une pile à combustible à bas coût pour des piles directes portables à l’éthanol ou au méthanol. Le défi à relever consiste à obtenir un fonctionnement efficace à de très basses températures et à un coût très réduit. Ces dispositifs pourraient être utilisés pour des applications en micro-énergie (par ex. les téléphones mobiles, les ordinateurs portables), ou pour l’énergie portable (par ex. : les équipements de loisirs, les machines-outils, etc.). HI2H2 lui, utilisera les plus récents matériaux et procédés de production pour développer et tester un électrolyseur à haute température innovateur pour une production d’hydrogène efficace et à bas coût, en utilisant des technologies de conversion électrochimique à oxyde solide planaire. BIO-H2 soutient la possibilité de réformer le bioéthanol pour produire de l’hydrogène à bord d‘un véhicule. HyNet, regroupe les dives partenaires pour proposer une feuille de route européenne de l’hydrogène qui définisse des stratégies de transition qui permettront de passer des systèmes d’énergie actuels à base de combustibles fossiles aux systèmes futurs d’énergie durable, basés en grande partie sur l’électricité et l’hydrogène. Cette initiative a mené au projet HYWAYS, qui réalise une analyse techno-socio-économique approfondie des options de production de l’hydrogène. EIHPII, Projet Européen d’Hydrogène Intégré consiste à mettre en place RDT une harmonisation mondiale des règlements de l’UE pour les véhicules alimentés à l’hydrogène gazeux comprimé et liquide et pour l’infrastructure de rechargement du combustible nécessaire. HYSAFE, est un réseau réunissant les grandes entreprises industrielles et d’importants organismes de re- cherche pour collaborer à la recherche sur toute une série de questions relatives à la sécurité de l‘hydrogène pour les infrastructures et les véhicules utilisant de l’hydrogène. FUERO et STORHY, regroupent tout ce qui va toucher aux véhicules à piles à combustible. Enfin, CUTE qui fait circuler 27 bus alimentés par des PAC dans 9 villes européennes (sauf la France…)

Avis d’écologiste

Selon des études récentes menées par l’UE,  l’hydrogène pourrait contribuer à réduire la consommation totale de pétrole des transports routiers de 40 % d’ici 2050. Si dans les conditions actuelles la production d’Hydrogène n’est pas exempte de nuisance pour l’environnement et notamment d’émissions de Gaz à Effet de Serre, son utilisation au sein de véhicule automobile présente un avantage indéniable : la réduction de la pollution diffuse. L’UE s’est donnée comme objectif de diffuser ces technologie entre 2010 et 2020. Les constructeurs automobiles, japonais et coréens annoncent entre 2012 et 2015, l’arrivée en série de véhicules équipés de piles à combustible. Pour donner une idée aux futurs candidats aux régionales, soutenir des projets de production d’H² à partir d’énergies renouvelables, la mise en place de réseaux de distribution avec à la clef des formations pour anticiper les emplois de demain pourraient faire de MP une région visionnaire sur le sujet…



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