L’hydrogène est l’élément le plus léger que l’on puisse trouver dans l’univers, et il est également l’élément qui se trouve en plus grande quantité, composant les étoiles, les nuages moléculaires, et entrant même en partie dans la composition de l’eau. L’hydrogène est un puissant agent réducteur. Mais s’il est partout dans l’univers, l’hydrogène se trouve rarement à l’état pur, souvent associé à d’autres composants, comme le carbone ou l’oxygène. Son obtention nécessite donc de le produire et de le stocker pour pouvoir ensuite l’utiliser.
À quoi sert l’hydrogène ?
On utilise l’hydrogène dans l’industrie où il entre dans la fabrication de nombreux composants. Raffinage du pétrole, traitement thermique des métaux, fabrication de l’ammoniac ou du verre, il a de multiples applications et entre dans de nombreux process de fabrication et d’élaboration de produits. Si l’utilisation de l’hydrogène est non polluante, sa fabrication émet beaucoup de monoxyde et de dioxyde de carbone, CO et CO², et il est obtenu par le biais de l’utilisation d’énergies fossiles. Avec l’oxygène, l’hydrogène est l’un des combustibles utilisés dans les piles à combustible, telles que celles qui font fonctionner les voitures à hydrogène.
L’hydrogène : LA solution énergétique du futur ?
L’hydrogène possède des atouts que le monde scientifique aimerait pouvoir exploiter sans subir toutefois les impacts négatifs de son élaboration. La présence d’hydrogène en grande quantité sur la planète et son exploitation « propre » permettraient de pallier les fluctuations de la production d’énergie issue du solaire et de l’éolien. Plusieurs solutions sont à l’étude et des pays comme la France, l’Allemagne et les États-Unis mobilisent d’importants moyens dans la recherche et le développement de filières aptes à produire davantage d’hydrogène et de façon plus écologique. La piste la plus sérieuse choisie par ces pays semble être la production d’hydrogène par électrolyse de l’eau.
Production d’hydrogène par électrolyse de l’eau : le principe
Le principe de la pile à combustible consiste à assembler de l’hydrogène et de l’oxygène. Dans le but de générer de l’électricité et de l’eau, l’électrolyse fait le processus inverse. L’électricité passe dans l’eau pour casser et séparer les molécules d’oxygène et les molécules d’hydrogène contenues dans l’eau.
Production d’hydrogène par électrolyse de l’eau : vert ou jaune ?
L’hydrogène produit par électrolyse nécessite l’utilisation d’électricité. Selon l’origine de production de cette électricité, on qualifie l’hydrogène de « vert » ou de « jaune » :
- Si l’électricité utilisée est issue d’énergies renouvelables, telles que le solaire, l’éolien, le biogaz, ou l’hydroélectricité, l’hydrogène produit est dit « vert » ;
- Si l’électricité utilisée est d’origine nucléaire, l’hydrogène obtenu est dit « jaune ».
Production d’hydrogène par électrolyse de l’eau : les inconvénients
Pour le moment, l’inconvénient majeur de la production d’hydrogène par électrolyse est son coût. La recherche se concentre donc principalement sur l’utilisation de matériaux moins onéreux et tout aussi performants pour la conception d’électrolyseurs.
Production d’hydrogène par électrolyse de l’eau : les avantages
L’hydrogène présente deux gros avantages :
- Il existe en grande quantité sur notre planète et on le considère comme inépuisable ;
- Sa combustion est non polluante puisqu’elle ne produit pas de dioxyde de carbone.
L’utilisation plus intensive de l’hydrogène permettrait de générer moins de pollution. Notamment dans l’industrie et les transports, en diminuant massivement l’émission de gaz à effet de serre.
La recherche s’intéresse également à la réutilisation du dioxyde de carbone produit par la combustion des hydrocarbures entrant dans la fabrication de l’hydrogène. On envisage des solutions encore peu exploitées pour le moment, comme :
- L’introduction de CO² dans des serres agricoles où il serait absorbé par les cultures ;
- L’utilisation du CO² comme gaz inerte dans des procédés de conservation à très basse température, destinés à l’industrie pharmaceutique ou agroalimentaire.
La production d’hydrogène aujourd’hui
Parce que l’électrolyse de l’eau est un procédé très coûteux, la recherche s’oriente également vers d’autres pistes. Comme la production d’hydrogène à partir d’hydrocarbures ou de biomasse, ou encore l’exploitation de gisements sous-marins.
Production d’hydrogène à base d’hydrocarbures
Ce procédé est le plus utilisé actuellement pour produire de l’hydrogène. Le principe utilise de la vapeur d’eau, de la chaleur et un catalyseur dont l’action concomitante casse les molécules d’hydrocarbures pour en libérer l’hydrogène. Malheureusement, cette méthode est très polluante car elle génère une importante production de gaz à effet de serre.
Production d’hydrogène à base de biomasse
La production d’hydrogène par l’utilisation de la biomasse est une piste sérieusement envisagée. La biomasse peut être gazéifiée par le biais de la vapeur d’eau. Elle produit ainsi ce que l’on appelle un « gaz de synthèse ». Constitué essentiellement de dihydrogène et de monoxyde de carbone, ce gaz de synthèse doit ensuite être débarrassé des substances polluantes pour devenir de l’hydrogène pur. L’opération de gazéification n’est pas plus polluante que si la biomasse s’était dégradée naturellement. En effet, le dioxyde de carbone généré par le processus n’est pas plus important que celui émis lors de la décomposition naturelle de la biomasse.
Production d’hydrogène à base d’hydrogénases
Extrapolant l’utilisation de la biomasse, la recherche se tourne vers les hydrogénases pour produire de l’hydrogène. Les hydrogénases regroupent une sorte d’enzymes capables de catalyser la conversion des protons en hydrogène. Il est question pour les scientifiques de reproduire artificiellement ce processus pour amplifier la production d’hydrogène.
Exploitation de l’hydrogène des fonds marins
On connaît l’existence de gisements d’hydrogène le long des chaînes volcaniques sous-marines mais ceux-ci sont hors d’atteinte et donc inexploitables. La recherche se tourne donc vers la possibilité d’autres poches naturelles d’hydrogène qui pourraient se trouver emprisonnées dans certaines couches terrestres.
Principalement utilisé dans l’industrie à l’heure actuelle, l’hydrogène devrait dans le futur alimenter les piles à combustible, elles-mêmes utilisées dans le fonctionnement des véhicules à hydrogène. On perçoit l’hydrogène comme la source énergétique de demain. Cette ressource inépuisable et non polluante viendrait résoudre le problème de l’épuisement des ressources fossiles et aussi celui de la pollution des gaz à effet de serre. L’hydrogène a donc un grand rôle à jouer dans le processus de transition énergétique. De nombreux pays en reconnaisse la nécessité, y consacrant ainsi une grande part de leurs investissements en matière de recherche.
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