L'hydrogène vert, qu'est-ce que c'est ?

L’hydrogène vert fait la une des journaux comme la dernière grande tendance de la révolution énergétique, mais savons-nous ce que c’est, à quoi il sert et comment il est produit ?

Nous sommes confrontés à un véritable défi technologique pour limiter l’impact de l’activité humaine sur la planète. Notre développement économique et social fulgurant – les révolutions industrielles – s’est accompagné d’une augmentation dangereuse de notre empreinte carbone, menaçant l’équilibre climatique et, par conséquent, les écosystèmes et la vie sur notre planète. Une réalité dont, heureusement, nous prenons chaque jour davantage conscience – peut-être pas suffisamment – ​​et à laquelle, en tant que société, nous voulons mettre un terme grâce à différentes solutions qui nous permettent de cesser de polluer et de nuire à notre planète, tout en assurant une amélioration de la qualité de vie de tous. Ainsi, ces dernières décennies, l’investissement dans l’innovation et la technologie nous a permis de développer différentes solutions pour la production d’énergies vertes, la réduction de la pollution ou la suppression et/ou la substitution des émissions de substances nocives dans l’atmosphère par d’autres, plus inoffensives. En bref, l’humanité s’efforce, même si le consensus mondial nécessaire n’est pas encore atteint, de résoudre un problème majeur pour elle-même et pour la planète. Ainsi, ces dix dernières années ont été marquées par des transformations révolutionnaires dans des secteurs comme les transports, avec la (re)naissance de deux acteurs clés : le véhicule électrique (rappelons que les premiers véhicules étaient propulsés par des moteurs électriques et non par des moteurs à combustion) et le véhicule à hydrogène. C’est précisément sur ce dernier point que nous souhaitons nous concentrer. Savons-nous ce qu’est l’hydrogène, ou plus précisément l’hydrogène vert, et comment il peut transformer le secteur des transports ? Voyons cela de plus près. Comme nous l’avons expliqué, toute activité laisse une empreinte écologique ; un constat évident dans notre modèle actuel de mobilité basé sur la combustion d’énergies fossiles. Qu’il s’agisse de diesel, d’essence ou de kérosène (principalement dans l’aviation), les moteurs à combustion d’énergies fossiles produisent de l’énergie mécanique grâce à l’énergie chimique de la combustion du carburant dans une chambre de combustion. Cela signifie que d’énormes quantités de gaz et de particules polluants, tels que les oxydes d’azote, le monoxyde de carbone, le dioxyde de carbone, ainsi que d’autres composés organiques volatils et des microparticules de différents types, finissent par pénétrer dans notre atmosphère, causant des dommages considérables à notre santé et à notre environnement. C’est pourquoi, depuis des années, nous cherchons des alternatives à ces combustibles fossiles pour alimenter nos véhicules. Une recherche qui, au cours des dernières décennies, a abouti à la classification de ces technologies alternatives en deux grands groupes : Moteurs électriques : Leur fonctionnement repose sur un ou plusieurs moteurs électriques qui, alimentés par des batteries, génèrent une résistance et transforment l’énergie cinétique (mouvement) en courant alternatif. Ce courant passe ensuite par un convertisseur pour devenir du courant continu, puis est stocké dans la batterie pour une utilisation ultérieure. Moteur à combustion d’hydrogène : Ce moteur fonctionne avec une pile à combustible, située à l’avant du véhicule, qui, par une réaction chimique avec l’oxygène extérieur, produit l’électricité nécessaire à la propulsion. Le surplus produit par ce processus est de la vapeur d’eau. La manière dont cet hydrogène est produit et le niveau de pollution engendré par ce processus de production sont une autre question, d’où l’importance du type d’hydrogène utilisé. C’est là qu’intervient à nouveau le fameux hydrogène vert ; nous allons maintenant voir pourquoi. L’hydrogène et ses multiples facettes Comme nous l’avons dit, la production d’hydrogène est si importante dans ce processus qu’elle détermine entièrement l’empreinte carbone générée par l’utilisation de chaque technologie. Il faut d’abord préciser que l’hydrogène n’est pas un composé que l’on peut capturer librement dans notre environnement naturel. Il est présent, mais pas en quantité ni sous la forme nécessaires à sa capture, car il s’agit de ce que l’on appelle en chimie un « vecteur énergétique », étant par ailleurs léger et facile à stocker. Cela signifie concrètement que son obtention requiert un procédé énergivore ; autrement dit, selon la source d’énergie utilisée, l’hydrogène peut générer une empreinte carbone différente. Plus le procédé d’obtention de l’hydrogène est écologique, plus l’hydrogène lui-même sera écologique. Il est donc essentiel de connaître les différences entre les divers types d’hydrogène existants, selon leur mode de production. Ainsi, on peut parler, comme s’il s’agissait d’une ceinture d’arts martiaux, de huit classifications par couleur, bien que l’hydrogène lui-même n’ait pas de couleur à proprement parler, avec les différences suivantes :

Hydrogène noir/brun

Il est produit par la gazéification du carbone lors de la combustion de différents minéraux carbonés tels que le charbon bitumineux (charbon noir), le charbon dur ou le lignite (charbon brun). Ce procédé, basé uniquement sur la combustion, libère dans l’atmosphère divers polluants, dont le dioxyde de carbone. C’est pourquoi il est considéré comme le type d’hydrogène le plus nocif pour l’environnement. Hébergement gris C’est la couleur d’hydrogène la plus courante et la plus facile à produire (et donc la moins chère), mais aussi celle qui libère le plus de dioxyde de carbone dans l’atmosphère. L’hydrogène gris est produit par reformage du méthane à la vapeur (SMR), une réaction à partir de combustibles fossiles, notamment le gaz naturel. Hébergement jaune L’hydrogène jaune est produit à partir d’électricité issue de diverses sources de production, y compris celles basées sur les énergies renouvelables et celles utilisant des combustibles fossiles. La particularité est que l’hydrogène jaune désigne également l’hydrogène produit à partir d’énergie solaire, bien que celui-ci relève de la catégorie « hydrogène vert » dans son ensemble ; en fait, on pourrait dire que l’hydrogène jaune est une nuance d’hydrogène vert. L’hydrogène bleu est défini comme l’hydrogène produit à partir de gaz naturel. Ce procédé est particulièrement intéressant car, grâce à l’utilisation de ce gaz, le dioxyde de carbone est séparé et capturé pour être stocké dans des formations géologiques profondes (cavités de la croûte terrestre) en vue de sa production ultérieure d’écocarburants. Il s’agit d’un hydrogène à faibles émissions, mais on ne peut pas le qualifier de propre.

Hydrogène turquoise

Il est obtenu grâce à une méthode révolutionnaire, dévoilée par l’entreprise industrielle japonaise Ebara, qui permet d’extraire le méthane contenu dans le gaz naturel et le biogaz par pyrolyse. Ainsi, le carbone produit lors du processus se retrouve à l’état solide et n’est pas rejeté dans l’atmosphère. Il n’est pas nécessaire de le récupérer ni de le stocker, et il peut être utilisé dans la production de divers autres produits utiles à base de carbone, tels que les engrais. Cependant, ce procédé de production est encore en développement et l’hydrogène turquoise ne peut être évalué et produit au même titre que les autres couleurs d’hydrogène.

Hydrogène rose

Il s’agit d’un type d’hydrogène produit par électrolyse de l’eau, un procédé qui consiste à décomposer la molécule d’eau pour obtenir de l’hydrogène et de l’oxygène. Sa principale particularité est que l’énergie électrique utilisée est d’origine nucléaire. Il s’agit d’un hydrogène quasi durable, car son empreinte environnementale est uniquement liée à l’énergie nucléaire elle-même.

Hydrogène vert

Ce type d’hydrogène est au cœur de notre réflexion aujourd’hui. Il est produit par électrolyse, un procédé qui consiste à décomposer la molécule d’eau pour obtenir de l’hydrogène et de l’oxygène. Sa particularité ? Il utilise exclusivement de l’électricité issue de sources renouvelables. Autrement dit, l’hydrogène vert est le seul obtenu à partir d’énergies 100 % propres, comme l’énergie photovoltaïque (jaune), éolienne ou hydroélectrique, et ne produit aucune émission directe de dioxyde de carbone dans l’atmosphère.

Hydrogène blanc

Lorsque l’on parle d’hydrogène blanc, on parle d’hydrogène présent naturellement, généralement sous forme gazeuse dans l’atmosphère et parfois dans des réservoirs souterrains. Le problème majeur est que ce type d’hydrogène ne dispose pas d’une technologie associée permettant son exploitation à grande échelle, le rendant inutilisable pour nos besoins. Comment produit-on de l’hydrogène vert ? Comme nous l’avons vu, il existe une multitude de procédés permettant de produire de l’hydrogène, mais tous ne peuvent être considérés comme durables. C’est pourquoi, afin de clarifier la production d’H₂, nous allons nous concentrer sur la manière dont le personnage principal de cet article – l’hydrogène vert – est généré. L’hydrogène est un élément chimique du tableau périodique – plus précisément le premier de la liste – qui, dans ce cas précis, est obtenu par la séparation des molécules d’eau (H₂O) grâce à un processus de dissociation de ces molécules sous l’effet de l’électricité. Ce procédé, appelé électrolyse, sépare les molécules d’hydrogène des molécules d’oxygène. Dans le cas de l’hydrogène vert, il est réalisé grâce à l’énergie électrique produite par une source d’énergie renouvelable (principalement éolienne et/ou photovoltaïque). Comment produit-on de l’hydrogène vert ? Le courant électrique est appliqué en continu à l’intérieur de l’électrolyseur. Pour ce faire, il faut d’abord convertir le courant alternatif en courant continu grâce à des composants électroniques de puissance et des redresseurs. Afin que ces redresseurs fonctionnent correctement avec le courant alternatif et la tension du réseau, ils doivent être protégés contre les variations de tension. C’est pourquoi on utilise des centres de transformation, équipés de relais de protection, ainsi que des transformateurs pour abaisser la tension. Ces éléments sont donc essentiels au bon fonctionnement du système et nécessitent un haut niveau de technologie et d’innovation. Cependant, ce processus présente deux dilemmes : Si l’électrolyse est réalisée par raccordement au réseau de distribution électrique, le raccordement doit être effectué au moyen de centres de connexion et d’isolation des réseaux publics. Si l’électrolyse est réalisée par raccordement aux réseaux de transport d’électricité, des sous-stations électriques sont nécessaires pour transformer l’électricité de haute à moyenne tension, garantissant ainsi la sécurité et le bon fonctionnement du processus en permanence. Dans les deux cas, le schéma de base reste le même. Il s’agirait du processus suivant : une quantité X d’eau est stockée et/ou transportée vers une usine de production d’hydrogène. L’eau passe ensuite dans un électrolyseur pour subir une séparation moléculaire, grâce à de l’énergie électrique issue de sources renouvelables. Ce processus décompose sa composition moléculaire initiale. Après cette séparation, l’oxygène est stocké pour des usages industriels ou médicaux et/ou rejeté dans l’atmosphère, tandis que l’hydrogène est envoyé dans des réservoirs de stockage où il est conservé sous forme de gaz comprimé ou liquéfié pour des usages industriels ou pour la production de piles à combustible à hydrogène. C’est ce parcours qui permet à une simple goutte d’eau d’être transformée, grâce aux énergies renouvelables et aux infrastructures électriques, en un carburant propre et zéro émission. C’est pourquoi le développement de ce secteur est si important. …