Les voies du futur
L'hydrogène, une promesse à tenir
Le 30/11/2010
Vecteur d'énergie du futur, l'hydrogène a fait l'objet d'un fort engouement au cours
de la décennie.... S'il possède de nombreux atouts capables de surmonter
les défis énergétiques de la planète, les obstacles technologiques et économiques
ne manquent pas avant que n'advienne une éventuelle "révolution hydrogène".
Des atouts
pour l'avenir...
L'hydrogène n'est pas une énergie, mais un vecteur d'énergie, à l'image des électrons de l'électricité.
Il fournit de l'énergie lorsqu'il participe à une réaction chimique, par exemple dans une pile à combustible ou lors d'une combustion.
de l'hydrogène et son utilisation à une large échelle ne sont pas encore d'actualité.
Son utilisation comme vecteur d'énergie offre plusieurs avantages :
• la diversité des sources d'énergie primaire utilisables pour obtenir de l'hydrogène : énergies fossiles (gaz naturel...), biomasse (bois...), eau ;
• un impact mesuré sur l'environnement (la production d'hydrogène par électrolyse, par exemple, ne rejette pas de gaz à effet de serre).
Pourtant, la réalisation de toutes ses promesses et son utilisation à une large échelle ne sont pas encore d'actualité. Un demi-siècle après les premiers essais de moteurs à hydrogène
pour véhicules, l'heure est toujours à l'expérimentation et à la construction de prototypes.
partout dans le monde.
... Des obstacles à surmonter
L'hydrogène est utilisé dans l'industrie chimique, en particulier dans les raffineries, et par les producteurs d'engrais. Cet hydrogène est majoritairement produit par vaporeformage1 (séparation des molécules sous l'effet de la vapeur). Cette dernière opération nécessite donc le recours à du gaz naturel.
Outre l'industrie chimique, les principales utilisations de l'hydrogène dans l'avenir pourraient notamment concerner :
• la cogénération résidentielle ou industrielle (production d'électricité et de chaleur) ;
• la génération d'électricité pour appareils électriques portables ;
• la propulsion des véhicules.
Les obstacles que l'utilisation de l'hydrogène doit encore franchir sont :
• le stockage2-3-4 : il est difficile de conserver de grandes quantités d'hydrogène dans de petits volumes en raison de sa faible densité. Pour assurer l'autonomie d'un véhicule sur environ 500 kilomètres, 5 à 7 kilos d'hydrogène suffisent... Or, à température ambiante, 1 kilo occupe un volume de 12 mètres cubes ! Les solutions sont donc de le comprimer, le liquéfier ou le stocker, sous forme de cristaux de métal5-6 (le nickel est par exemple capable d'absorber de l'hydrogène puis de le restituer). Dans les prototypes des véhicules, on stocke l'hydrogène à plus de 600 bars. Il faut encore développer des solutions pour fabriquer des réservoirs légers et sûrs qui tiennent la pression et gardent l'hydrogène ;
• sa production en grandes quantités est énergivore : il convient de recourir à des énergies non polluantes pour ne pas annuler l'effet positif de son utilisation. On a ainsi calculé
que substituer l'hydrogène au pétrole dans le transport routier aux États-Unis nécessiterait de construire près de 800 installations de production. Or, en l'état actuel, la biomasse (énergie
du bois, végétaux, etc.) ne pourrait répondre à la demande d'une telle fabrication. Il faudrait donc faire appel au gaz naturel, une énergie fossile ;
• l'hydrogène peut pénétrer les matériaux et les fragiliser en raison de la très petite taille de ses molécules. Son utilisation industrielle nécessite donc l'emploi de matériaux spéciaux, rares et coûteux, comme le platine dans certaines piles à combustible ;
• le coût : actuellement, le prix de production d'un kW par une pile à combustible revient à
1 000 euros. Or, il faudrait atteindre un prix de 50 euros par kW pour rivaliser avec un moteur à combustion interne dans l'automobile8 ;
• la durée de vie : pour être rentable, la pile à combustible doit pouvoir fonctionner plus longtemps que les quelques milliers d'heures actuels.
le photovoltaïque (rendement de transformation de la lumière en électricité),
de 33 % pour le nucléaire (rendement de transformation de l'énergie du combustible en électricité) et de 60 % pour l'éolien (rendement de transformation de l'énergie mécanique en électricité). Pour la pile à hydrogène, il atteint environ 50 %.9-10
En 2009, des entreprises japonaises ont mis au point une pile à combustible d'une puissance de 3 kW produisant de l'électricité avec de l'oxygène de l'air et de l'hydrogène provenant du gaz de ville. Cette pile a enregistré un rendement de 56 % pendant quelques milliers d'heures, avec un maximum de 59 %.11
Les industriels prévoyaient une mise en application de ce modèle de pile à combustible destiné aux supermarchés et aux restaurants d'ici 2011-2012.
Il leur faut en effet porter la résistance de cette pile à plusieurs dizaines de milliers d'heures pour satisfaire aux besoins d'utilisation communs.
[1]http://www.unige.ch/cuepe/html/biblio/pdf/ActesJcuepe2005.pdf p.27
[2]http://www.senat.fr/rap/r05-426/r05-426_mono.html#toc603
[3]http://www.cea.fr/content/download/2816/12618/file/pac.pdf p.9
[4]http://www.enpc.fr/fr/formations/ecole_virt/trav-eleves/cc/cc0304/hydrogene/H2.htm
[5]http://www.unige.ch/cuepe/html/biblio/pdf/ActesJcuepe2005.pdf p.39
[6]http://a-o-p.net/energiachallenge/wp-content/uploads/2009/10/Energiachallenge2009SchottFlorian.pdf p.8
[7]http://www.senat.fr/rap/r05-426/r05-426_mono.html#toc603
[8]http://www.afh2.org/uploads/memento/Fiche%205.2.1%20PAC%20rev.%20avril%202008.pdf p.3
[9]http://www.afh2.org/uploads/memento/pdf/fiche_3_2_1.pdf p.4
[10]http://www.cea.fr/content/download/3112/14773/file/061a063pehr.pdf p.4
[11]http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/59106.ht
