Décryptages
Le Japon et ses recherches avancées sur l’hydrogène
Le Japon est le pays du monde le plus avancé dans les recherches sur l’hydrogène. Il a déjà commercialisé des équipements utilisant des piles à combustible, comme les voitures particulières ou des systèmes de chauffage pour les bâtiments. Les chercheurs japonais veulent aller plus loin en réfléchissant à une « société de l’hydrogène », où ce gaz serait produit, échangé et consommé en masse, comme l’est aujourd’hui le pétrole.
Un champion technologique
Le pays assure 20 % du budget mondial de R&D pour 2 % de la population de la planète.
Le Japon est un des pays qui consacre le plus de crédits à la recherche-développement (R&D) par habitant, et cela depuis de nombreuses années. Le pays assure 20 % du budget mondial de R&D pour 2 % de la population de la planète.
La méthode japonaise dans la recherche est l’étude méthodique de toutes les options, sur un temps long, en mobilisant de façon intégrée la recherche académique et le développement industriel. L'hydrogèneL'hydrogène est l'atome le plus simple et le plus léger. C'est l'élément de très loin le plus abondant de l’univers.
est exemplaire de cette approche globale. Les chercheurs japonais n’ont pas segmenté les différentes utilisations de l’hydrogène mais ont étudié parallèlement sa place dans tous les secteurs. Ils se sont interrogés sur ses potentiels dans l’industrie, dans l’habitat et dans toutes les formes de mobilité. Ils se sont dès le départ posé la question de sa production, du choix des pays les plus aptes à l’assurer, du transport vers le Japon. Cette approche multiforme fait partie de ce qu’ils désignent sous le nom de « road map » (feuille de route).
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Les installations stationnaires
L’utilisation des piles à hydrogène s’est d’abord appliquée aux installations stationnaires permettant d’alimenter des bâtiments en électricité et en chaleurAujourd'hui, en thermodynamique statistique, la chaleur désigne un transfert d'agitation thermique des particules composant la matière... . L’hydrogène est produit dans une chaudière à partir de gaz de ville. La pile à combustibleUne pile à combustible produit de l'électricité grâce à l'oxydation d'un combustible réducteur au niveau d'une première électrode... génère du courant électrique et dégage de la chaleur qui est récupérée pour l’eau chaude sanitaire et le chauffage.
La tradition japonaise des maisons très standardisées, toutes pareilles, favorise le développement de ces chaudières statiques, de la taille d’une armoire. Le gouvernement soutient cette filière et compte sur 5,3 millions d’appareils en 2035.
Les voitures à hydrogène
L’hydrogène a ensuite été utilisé dans le secteur de la mobilité. Les constructeurs ont d’abord produit des bus et des camions, puis les premières voitures individuelles (comme la Toyota Mirai ou la Honda Clarity) sont apparues en 2015. Il s’agit encore d’un marché de niche, avec un objectif de 200 000 voitures d’ici 2025.
Qui dit voiture à hydrogène, dit réseau d’approvisionnement suffisamment dense. Plus de 80 stations doivent être implantées dans le corridor entre Tokyo et Osaka, grande zone urbanisée entre le centre et le sud du pays. La concentration de gaz comprimé à 700 bars impose des règles de sécurité draconiennes, auxquelles les Japonais accordent traditionnellement une grande attention. Chaque station coûte donc très cher, 6 ou 7 fois plus qu’une station classique, ajoutant au coût général de la filière.
Les visions à long terme
Les experts se sont heurtés à la question de la fabrication de l’hydrogène. Le reformage à partir d'hydrocarburesLes hydrocarbures sont des composés chimiques dont les molécules sont constituées d'atomes de carbone et d'hydrogène... est la méthode la moins coûteuse, mais ne permet pas en bout de chaîne une électricité « décarbonée ». L’électrolyse à partir d’une électricité renouvelable coûte aujourd’hui 3 à 4 fois plus cher et les potentiels solaire et éolien sont faibles au Japon.
La « roadmap » japonaise s’est donc vite intéressée à l’importation d’hydrogène depuis des pays au fort potentiel énergétique, comme l’Australie ou les pays du Golfe.
Pour son transport, trois options sont apparues :
- Le gaz compressé. Cette solution suppose des coûts très lourds de compression et des difficultés techniques, l’hydrogène étant très volatil.
- La cryogénie. Il s’agit de le transporter sous forme liquide à très basse température. Les plus grandes sociétés japonaises travaillent sur le sujet.
- L’association à une autre moléculeUne molécule est l'assemblage chimique d'au moins deux atomes, allant des plus simples (dihydrogène, dioxygène, diazote...) jusqu'aux macromolécules... . Le principe est de combiner l'atomeL'atome est le constituant fondamental de la matière, la plus petite unité indivisible d'un élément chimique... d’hydrogène à un autre atome, pour produire une molécule plus facilement transportable, puis de récupérer l’hydrogène à l’arrivée, par un processus inverse1. La plupart des solutions reposent sur des associations avec le carbone. Les experts japonais s’intéressent aussi à l’autre atome le plus abondant dans l’atmosphère, l’azote. Il forme avec l’hydrogène une molécule très simple, l’ammoniac (NH3), que les chimistes savent produire depuis plus de 100 ans. On sait le transporter, par chimiquierNavire dédié au transport de produits chimiques, le plus souvent liquides , et il existe déjà un commerce mondial.
1 Les chimistes japonais ont par exemple testé le méthanolLe méthanol ou alcool méthylique est le plus simple des alcools, de formule CH3-OH...
(CH3OH) et le diméthyl ether (CH3OCH3).