L’hydrogène est l’élément le plus simple et le plus disponible sur terre : il est composé d’un seul proton et d’un seul électron. L’hydrogène peut stocker et fournir de l’énergie utilisable, mais il n’existe généralement pas tout seul dans la nature ; il doit être produit à partir des composés qui le contiennent.
Sources d’énergie :
L’hydrogène peut être produit à partir de diverses ressources locales. Actuellement, la plupart de l’hydrogène est produit à partir de combustibles fossiles, notamment le gaz naturel. L’électricité – provenant du réseau ou de sources renouvelables telles que la biomasse, l’énergie géothermique, solaire ou éolienne – est également utilisée pour produire de l’hydrogène. À plus long terme, l’énergie solaire et la biomasse peuvent être utilisées plus directement pour générer de l’hydrogène, car les nouvelles technologies rendent les méthodes de production alternatives compétitives.
Méthodes de production :
La plupart de l’hydrogène peut également être produit par reformage du méthane à la vapeur, un processus à haute température dans lequel la vapeur réagit avec un combustible hydrocarboné pour produire de l’hydrogène.
Une autre méthode courante de production d’hydrogène consiste à prendre de l’eau et à séparer la molécule H2O en oxygène et en hydrogène par un processus appelé électrolyse. L’électrolyse a lieu dans un électrolyseur, qui fonctionne à peu près comme une pile à combustible en sens inverse : au lieu d’utiliser l’énergie d’une molécule d’hydrogène, comme le fait une pile à combustible, un électrolyseur produit de l’hydrogène à partir de molécules d’eau.
Les processus biologiques peuvent également produire de l’hydrogène par des réactions biologiques utilisant des microbes tels que les bactéries et les microalgues. Dans ces procédés, les microbes consomment des matières végétales et produisent de l’hydrogène gazeux.
Il existe de nombreuses façons de produire de l’hydrogène en utilisant la lumière du soleil, notamment les procédés photobiologique, photoélectrochimique, électrolytique à commande photovoltaïque et thermochimique solaire.
Porteur d’énergie :
L’hydrogène est un vecteur d’énergie, et non une source d’énergie, et peut fournir ou stocker une énorme quantité d’énergie. L’hydrogène peut être utilisé dans des piles à combustible pour produire de l’électricité, ou de la production combinée d’électricité et de chaleur. Aujourd’hui, l’hydrogène est le plus souvent utilisé dans le raffinage du pétrole et la production d’engrais, tandis que les transports et les services publics sont des marchés émergents.
Utilisations de l’hydrogène :
L’hydrogène est un combustible propre qui ne produit que de l’eau, de l’électricité et de la chaleur. Ils peuvent jouer un rôle important dans notre stratégie énergétique nationale, avec un potentiel pour une large gamme d’applications, dans pratiquement tous les secteurs – transport, commercial, industriel, résidentiel et portable. ces derniers fournissent de l’énergie pour diverses activités, notamment la distribution ou la production combinée de chaleur et d’électricité, l’alimentation de secours, les systèmes de stockage et d’exploitation de l’énergie renouvelable, l’alimentation portable, l’alimentation auxiliaire pour les camions, les avions, les trains et les navires, les véhicules spécialisés tels que les chariots élévateurs à fourche et les véhicules de transport de passagers et de marchandises (voitures, camions et autobus).
En raison de leur haut rendement et de leur fonctionnement à émissions nulles ou presque nulles, l’hydrogène et les piles à combustible peuvent réduire les émissions de gaz à effet de serre dans de nombreuses applications. Exemple :
- Véhicules routiers légers : réduction de plus de 50 % à plus de 90 % des émissions par rapport aux véhicules à essence actuels.
- Véhicules spécialisés : réduction de plus de 35 % des émissions par rapport aux véhicules diesel actuels et aux chariots élévateurs alimentés par batterie.
- Autobus de transport en commun : économies de carburant démontrées, environ 1,5 fois supérieures à celles des autobus à moteur à combustion interne (MCI) diesel et environ 2 fois supérieures à celles des autobus à MCI au gaz naturel.
Le plus grand défi pour la production d’hydrogène, notamment à partir de ressources renouvelables, est de fournir de l’hydrogène à moindre coût. Pour les piles à combustible destinées au transport, le coût de l’hydrogène doit être compétitif par rapport à celui des carburants et des technologies classiques sur une base kilométrique. Cela signifie que le coût de l’hydrogène – quelle que soit la technologie de production – doit être inférieur à 3$/kg. Pour réduire le coût global de l’hydrogène, la recherche est axée sur l’amélioration de l’efficacité et de la durée de vie des technologies de production d’hydrogène, ainsi que sur la réduction du coût des biens d’équipement, des opérations et de la maintenance.
Les différents couleurs de l’hydrogène :
Il existe plusieurs « couleurs » d’hydrogène, chacune faisant référence à son mode de production, il peut être gris, bleu ou vert selon les circonstances.
L’hydrogène vert est la seule variété produite de manière neutre pour le climat.
Il pourrait jouer un rôle essentiel dans les efforts déployés au niveau mondial pour parvenir à des émissions nettes nulles d’ici 2050.
Mais le gaz lui-même est invisible – alors pourquoi utilise-t-on tant de descriptions colorées pour le désigner ?
L’hydrogène n’émet que de l’eau lorsqu’il est brûlé. Mais sa création peut être à forte intensité de carbone.
Différents moyens de réduire cet impact ont été mis au point, et les scientifiques attribuent des couleurs aux différents types pour les distinguer.
- Hydrogène noir, marron et gris
L’hydrogène gris est la forme la plus courante, il est produit à partir de gaz naturel, ou méthane, par un procédé appelé « vaporeformage ».
Ce procédé ne génère qu’une quantité moindre d’émissions que l’hydrogène noir ou marron, qui utilise du charbon noir (bitumineux) ou marron (lignite) dans le processus de fabrication de l’hydrogène. Ces deux types sont les plus dommageable pour l’environnement, car le CO2 et le monoxyde de carbone générés au cours du processus ne sont pas recapturés.
- L’hydrogène bleu
L’hydrogène est étiqueté bleu lorsque le carbone généré par le reformage à la vapeur est capturé et stocké sous terre par le biais du captage et du stockage du carbone (CSS) industriel.
Il est donc parfois qualifié de neutre en carbone, car les émissions ne sont pas dispersées dans l’atmosphère.Toutefois, certains affirment que l’expression « faible teneur en carbone » serait une description plus exacte, car 10 à 20 % du carbone généré ne peut être capturé.
- L’hydrogène vert
L’hydrogène vert – également appelé « hydrogène propre » – est produit en utilisant l’énergie propre des sources d’énergie renouvelables excédentaires, telles que l’énergie solaire ou éolienne, pour séparer l’eau en deux atomes d’hydrogène et un atome d’oxygène par un processus appelé électrolyse.
Les sources d’énergie renouvelables ne peuvent pas toujours produire de l’énergie à toute heure de la journée et la production d’hydrogène vert pourrait aider à utiliser l’excédent généré pendant les cycles de pointe. Elle représente actuellement environ 0,1 % de la production globale d’hydrogène, mais ce chiffre devrait augmenter à mesure que le coût des énergies renouvelables continue de baisser.
De nombreux secteurs considèrent désormais l’hydrogène vert comme le meilleur moyen d’harmoniser l’intermittence des énergies renouvelables – en stockant l’énergie excédentaire en période de faible demande pour la réinjecter dans le réseau lorsque la demande augmente – tout en décarbonisant les secteurs de la chimie, de l’industrie et des transports.
Au cours de la dixième session de l’Assemblée de l’IRENA, l’Agence a organisé la table ronde ministérielle sur l’hydrogène vert, au cours de laquelle les pays membres et les parties prenantes du secteur privé ont débattu du potentiel de l’hydrogène provenant des énergies renouvelables pour décarboniser le système énergétique mondial et de sa pertinence dans différents contextes énergétiques nationaux. Les pays membres ont partagé leurs idées sur la façon dont ils envisagent le rôle qu’ils jouent dans le développement d’une chaîne d’approvisionnement mondiale en hydrogène. Parmi les participants figuraient des représentants de haut niveau venus l’Autriche, l’Allemagne, l’Inde, l’Italie, le Japon, le Maroc, l’Arabie saoudite, les Émirats arabes unis et les États-Unis, ainsi que la Commission européenne, le Partenariat international pour l’hydrogène et les piles à combustible dans l’économie, l’Agence internationale de l’énergie et le Forum maritime mondial.