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jui
2018

Tout ce qu’il faut savoir sur l’hydrogène

L’hydrogène est l’élément chimique le plus abondant dans l’Univers. Traditionnellement utilisé dans l’industrie pétrolière, la chimie industrielle ou encore l’électronique depuis plusieurs années, ses usages se diversifient de plus en plus. Beaucoup lui prédisent un rôle prépondérant à jouer dans le nouveau mix énergétique de demain. En tant que fournisseur mondial d’énergie engagé dans la transition énergétique, ENGIE investit dans le développement de l’hydrogène et vous aide à y voir plus clair sur cette énergie d’avenir.

Produit à partir d’électricité renouvelable, l’hydrogène est communément appelé « hydrogène vert » et peut être utilisé à la fois pour produire, stocker et transporter l’énergie d’origine renouvelable. Il permet également de décarboner plusieurs usages de l’énergie comme les processus industriels et la mobilité.

Qu’est-ce que l’hydrogène ?

L’hydrogène est un gaz léger, réactif qui se combine avec de nombreux éléments chimiques, notamment l’eau. Plus connue sous l’appellation hydrogène, il s’agit en fait de la molécule de dihydrogène H2 composée de deux atomes d’hydrogène On la retrouve dans l'eau et les hydrocarbures (le pétrole ou encore le gaz naturel). Cette molécule est particulièrement énergétique : 1 kg d'hydrogène libère environ trois fois plus d'énergie qu'1 kg d'essence. En revanche, l’hydrogène occupe, à poids égal, beaucoup plus de volume que tout autre gaz. Ainsi pour produire autant d'énergie qu'1 litre d'essence, il faut 4,6 litres d'hydrogène comprimé à 700 bars (700 fois la pression atmosphérique).

C’est cette même molécule H2 qui suscite un fort intérêt énergétique, tant par ses possibilités d’usage que de stockage : l’hydrogène peut en effet être converti en chaleur, en électricité ou encore en force motrice. Très polyvalent, il peut être transporté et stocké sous forme gazeuse ou liquide.

Véritable passerelle entre tous les systèmes énergétiques, l’hydrogène peut couvrir la majorité des usages de l’énergie et résoudre le problème de l’intermittence des énergies renouvelables.

Utiliser les surplus d’électricité renouvelable pour produire de l’hydrogène, puis le reconvertir en courant apparaît en effet comme une des solutions de stockage et de « lissage » de la production électrique renouvelable.

Tout l’intérêt de l’hydrogène réside dans son utilisation à lutter contre les émissions de gaz à effet de serre. Et cette capacité dépend de la manière dont il est produit.

Comment produire de l’hydrogène ?

Si l'atome d'hydrogène, lié à l'oxygène, est très abondant sous forme d'eau, les molécules d'hydrogène, elles, ne se trouvent pas à l'état pur. Il faut donc le produire. Plusieurs procédés existent :

Le vaporeformage, ou reformage à la vapeur d’eau, est le plus courant car le plus économique. Il désigne la rupture de la molécule de méthane (CH4), principal composant du gaz naturel, avec de la vapeur d’eau à 900 °C. Mais cette méthode présente l’inconvénient de rejeter du dioxyde de carbone (CO2). Plusieurs techniques sont envisagées par des chercheurs et industriels afin de stoker en souterrain le CO2 dégagé.

Le défi auquel s'attèlent les chercheurs est donc de produire de l'hydrogène, sans dégagement de dioxyde de carbone. Et la méthode est celle de l’électrolyse de l’eau, qui utilise de l’électricité d’origine renouvelable telle que le solaire ou l’éolien (« électricité verte »). Ce courant électrique décompose la molécule d’eau en dihydrogène (H2) et en dioxygène (O2) et produit de l’hydrogène propre, sans émission de CO2 ni particules polluantes.

Ainsi produit, l’hydrogène est dit « vert » ou renouvelable. C’est le choix d’ENGIE : donner la priorité à l’hydrogène obtenu à partir d’énergies renouvelables.

Quels sont les avantages de l’hydrogène renouvelable ?

Les bénéfices de l’hydrogène renouvelable sont multiples :

  • un déploiement massif de la production d’électricité renouvelable grâce au stockage :
    L’électricité renouvelable stockée sous forme d’hydrogène permet d’obtenir davantage de flexibilité dans l’utilisation de l’électricité renouvelable, et ainsi d’apporter une solution au problème de l’intermittence des énergies renouvelables (en alternative ou en complément des batteries électriques).
  • la décarbonation de nombreux usages :
    Ceux des industriels :
  • en substituant l’hydrogène produit à partir d’énergie fossile (par craquage à haute température) par de l’hydrogène renouvelable ;
  • en combinant l’hydrogène renouvelable avec le CO2 émis par d’autres procédés pour produire du méthane de synthèse.
    Ceux des bâtiments (chaleur, froid, stockage) pour les secteurs résidentiels et tertiaires.
  • l’utilisation comme carburant alternatif pour une mobilité zéro émission :
    Equipés d’une pile à combustible alimentée par hydrogène, les véhicules électriques hydrogène rejettent uniquement de la vapeur d’eau et ne font pas de bruit. Ils disposent d’une autonomie 2 à 3 fois supérieure aux véhicules électriques à batterie et se rechargent en 5 minutes dans des stations adaptées.

L’hydrogène renouvelable est-il compétitif ?

La production d’hydrogène renouvelable à partir de l’électrolyse de l’eau reste plus coûteuse que la production d’hydrogène à partir de combustibles fossiles. Le prix de l’hydrogène sera d’autant plus compétitif s’il est produit à grande échelle. Il est aussi important qu’un cadre durable soit mis en place afin de favoriser l’essor de cette filière et d’encourager les investisseurs à s’engager dans la durée. ENGIE envisage des investissements à la hauteur de ce qui est requis pour faire décoller le marché globalement.

Comment stocker et transporter l’hydrogène ?

L’hydrogène est le plus léger des atomes et très volumineux, à tel point qu’il faut dix fois plus d’espace pour le stocker que de l’essence. Pour le stocker et le transporter de manière efficace, plusieurs techniques existent pour réduire son volume.

Dans la grande majorité des cas, l’hydrogène est acheminé sous forme comprimée, entre 350 et 700 bars, dans des bouteilles ou des pipelines.

Il peut être également transporté liquéfié, par refroidissement de l’hydrogène gazeux à -253 °C ou sous forme solide, combiné avec des hydrures métalliques par exemple. Mais dans ce cas, seule une faible part peut être stockée. D’autres solutions existent, réseau dédié, mélangé avec le gaz naturel.

L’hydrogène est-il un gaz dangereux ?

L’hydrogène est un gaz bien connu et largement utilisé : dans l’industrie, 55 Mt sont consommées par an dans le monde et les technologies liées à l’hydrogène, notamment l’électrolyse, sont matures. La réglementation dans le milieu industriel et les codes de bonnes pratiques existent déjà pour assurer une parfaite maîtrise des risques (séparation H2/O2, ventilation, test des matériaux, soupapes, maintenance des installations, systèmes de contrôles etc.).

En matière de mobilité, l’hydrogène est un combustible aussi sûr que l’essence ou le gaz naturel. Dans le domaine du stockage, une connaissance fine des caractéristiques thermodynamiques de l’hydrogène permet une maîtrise particulière de la sécurité des containers et réservoirs de stockage (matériaux, dimensions, protocole de remplissage).

Tout au long du mois de juin, nous vous proposons de découvrir l’hydrogène, son potentiel et les enjeux de son développement. Retrouvez notre série d’articles et d’interviews dans un dossier spécial hydrogène.

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