La production d’un combustible écoresponsable : l’hydrogène vert

La définition de l’hydrogène vert regroupe des caractéristiques plus liées à une méthode de production qu’à l’hydrogène lui-même. Notre monde est confronté à la raréfaction des ressources naturelles et les énergies fossiles sont particulièrement visées. L’ensemble des pays industriels se sont bâtis sur cette énergie abondante et bon marché que furent le pétrole ainsi que le charbon et le gaz. Mais ce ne fut pas sans conséquence comme nous allons le voir ensemble.

Nous dresserons le bilan non exhaustif de cette abondance d’énergie fossile au cours du siècle passé pour bien comprendre l’intrication des énergies carbone au sein de nos sociétés et donc de notre dépendance. Ainsi, nous serons aptes à mieux cerner les risques d’une telle situation qui se veut intrinsèquement précaire sur un terme pas si lointain que cela.

 

 

Puis, nous pourrons aborder la solution de l’hydrogène. Nous expliquerons ce qu’il est et quelles sont ses caractéristiques. Nous verrons que, outre les bénéfices que l’on peut escompter de son exploitation, il y a des problématiques à considérer pour sa production comme pour son utilisation. Même l’hydrogène vert possède des contraintes qu’il faut pouvoir considérer avant de le proclamer combustible du futur.

Charbon, gaz et pétrole, plus d’un siècle de dépendance

Depuis l’avènement de l’automobile au début du 19 e siècle, la dépendance des pays envers les énergies fossiles n’a fait que croître sur tous les fronts et les bénéfices sont évidents :

• forte croissance de l’industrie multipliant la capacité de travail d’un seul humain par 200 grâce au parc de machines ;
• augmentation de la population mondiale passant de 1,5 milliard d’humains en 1900 à près de 8 milliards aujourd’hui ;
• rallongement de l’espérance de vie (en France par exemple) qui est passée de moins de 30 ans en 1800 (début de la révolution industrielle) à plus de 80 ans actuellement ;
• développement de l’industrie tertiaire et des services ;
• etc.

Cependant, le produit de cette dépendance apporte également son lot de conséquences fâcheuses :

• des situations de chômage liées au cours du tarif de l’énergie (chocs pétroliers par exemple) ;
• la pollution par émissions de CO2 par être humain est passée de 4 t en 1992 à 5 t en 2014 (alors que la population mondiale est passée dans le même temps de 5,47 milliards à 7,3 milliards) ;
• l’augmentation de la température moyenne de l’atmosphère qui menace l’ensemble de la population à horizon de 2100 ;
• l’effondrement de la biodiversité (par exemple, une trentaine d’espèces animales et végétales ont disparu dans le monde rien qu’en 2020) ;
• etc.

Un tel constat si contrasté nous fait prendre la mesure de l’importance des énergies au sein de notre civilisation. Cette dépendance énergétique est totale et reste source de conflits et de guerres déjà engagées et à venir. Une transition énergétique doit donc être amorcée et des solutions doivent être trouvées afin d’éviter un schéma peu enviable.

L’espoir de l’hydrogène

Dès 1875, Jules Verne écrivait dans l’île mystérieuse : « L’hydrogène et l’oxygène qui constituent l’eau… fourniront une source de chaleur et de lumière inépuisable ». Rappelons que l’hydrogène a été découvert en 1766 par le physicien britannique Henry Cavendish. L’hydrogène est alors connu depuis longtemps et son pouvoir énergétique n’est plus un mystère. Par ailleurs, l’hydrogène est l’élément chimique naturel le plus abondant de l’univers (90 % en matière et 75 % en masse) et son potentiel énergétique est trois fois supérieur à celui du pétrole.

Alors, pourquoi s’être rendu autant dépendant des énergies fossiles durant tout ce temps avant de s’intéresser sérieusement à l’hydrogène pour tous les usages possibles ?

Il faut comprendre que lorsque le pétrole fut découvert (depuis l’antiquité), il servait déjà à des usages d’époque (calfatage des navires en bois, etc.). Mais c’est en 1859 que l’on est réellement rentré dans l’ère pétrolière moderne et que sa production a commencé à inonder l’ensemble de l’industrie. Le pétrole réunissait des caractéristiques idéales pour les besoins de l’époque :

• abondant et bon marché à exploiter, car facilement accessible ;
• pas de problème de transport ni de stockage grâce à son état « semi-solide » et chimiquement stable ;
• masse énergétique performante (environ 10 kWh par litre) ;
• etc.

Mais la raréfaction de cette énergie ainsi que les dégâts environnementaux liés (climat, santé, biodiversité, etc.) nous imposent à envisager d’autres solutions telles que la production d’hydrogène.

La production d’hydrogène est maîtrisée

En effet, plusieurs procédés de production d’hydrogène existent (l’électrolyse de l’eau pour l’hydrogène vert, vaporeformage de gaz carboné type méthane, gazéification du charbon, etc.). Les projets de production d’hydrogène foisonnent en France comme ailleurs dans le monde.

Malheureusement, ces procédés sont encore trop souvent générateurs de gaz à effet de serre (CO2 par exemple), et nécessitent plus d’énergie pour la production de l’hydrogène que ce que l’hydrogène va pouvoir produire en énergie restituée (en électricité par exemple). Ainsi, après être passé par une phase d’électrolyse, de liquéfaction, de transport, de stockage, de gazéification puis de transformation énergétique, l’hydrogène a nécessité beaucoup d’énergie. Le diagramme de Sankey nous informe par exemple que la production d’un litre d’hydrogène nécessite 58 kWh pour ne restituer finalement que 13,4 kWh d’énergie électrique.

Cette contradiction reste encore peu impactante tant que l’énergie carbone (pétrole, gaz et charbon) reste bon marché et permet une production d’électricité à coût peu élevé (environ 1,5 €/kg d’hydrogène par procédé de vaporeformage par exemple). Mais cela produit du CO2 et ce n’est donc pas viable dans le long terme.

La réponse de la production de l’hydrogène vert

L’hydrogène vert est un produit issu d’un procédé connu depuis longtemps (électrolyse de l’eau). Cela consiste à venir « casser » les liaisons atomiques de l’hydrogène (H) et de l’oxygène (O) contenus dans l’eau (H2O) grâce à un courant électrique. Ce faisant, on peut alors « récolter » deux atomes d’hydrogène (qui vont se combiner par pair pour donner du dihydrogène), et un atome d’oxygène.

Une fois l’hydrogène ainsi récolté, on peut observer que ce procédé de production ne produit aucun atome de carbone solide ou gazeux (CO2). Ainsi, il n’y a aucun gaz à effet de serre produit ni aucune pollution au carbone. La méthode est donc :

• propre (car aucune pollution) ;
• aisément reproductible en grande quantité (il suffit d’avoir de l’électricité et de l’eau, ainsi que les éléments de type cathode, anode, membrane, etc.).

Cependant, la réflexion doit être poussée plus en profondeur si l’on souhaite rester cohérent sur la totalité du procédé de production de l’hydrogène vert. Certes, la production ne crée pas de pollution de type carbone. Mais alors, d’où provient l’électricité utilisée pour l’électrolyse ? Car, si l’on utilise une électricité provenant d’une centrale électrique au charbon ou au gaz fossile, alors le bilan carbone est intrinsèquement défavorable et l’électrolyse de l’eau ne produira pas un hydrogène vert.

La production d’hydrogène vert impose une source d’énergie renouvelable. Ce principe est fondamental et inaliénable de la production d’hydrogène vert. L’électricité utilisée par l’électrolyse doit inévitablement provenir des énergies renouvelables (éolien, photovoltaïque, hydro-électrique). Cela permet de garantir une production écoresponsable et donc d’obtenir un hydrogène qui n’hypothèque en rien l’avenir de la planète ni la santé de ses habitants.

Pour résumer, l’hydrogène vert est le produit d’une méthode de production par électrolyse de l’eau uniquement et dont l’électricité provient obligatoirement d’une énergie renouvelable. L’énergie nucléaire (qui n’est ni fossile ni renouvelable) n’est pas utilisée dans la production d’hydrogène vert, car l’hydrogène ainsi récolté est désigné comme hydrogène jaune.

La production d’hydrogène vert en France avoisine les 6 €/kg, ce qui en fait un combustible encore cher. Mais c’est en développant cette technique que l’on réussira à la performer.

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