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

L’hydrogène vert fait la une des journaux et s’impose 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, marqué par les révolutions industrielles, s’est accompagné d’une augmentation dangereuse de notre empreinte carbone, mettant en péril 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 que, en tant que société, nous souhaitons enrayer grâce à différentes solutions qui nous permettent de cesser de polluer et d’endommager notre planète, tout en garantissant une amélioration de la qualité de vie de tous. Ainsi, ces dernières décennies, les investissements dans l’innovation et la technologie nous ont permis de développer différentes solutions pour produire de l’énergie verte, réduire la pollution et éliminer et/ou remplacer les émissions de composants nocifs dans l’atmosphère par des composants plus inoffensifs. En bref, l’humanité tente, sans pour autant obtenir le consensus mondial nécessaire, de s’attaquer à un problème crucial pour l’humanité et la planète. Ainsi, au cours des dix dernières années, nous avons assisté à des changements révolutionnaires dans des secteurs comme celui des transports, qui ont vu la (re)naissance de deux acteurs majeurs : le véhicule électrique (rappelons que les premiers véhicules étaient équipés de moteurs électriques et non de 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 complexe encore, l’hydrogène vert, et comment il peut transformer le secteur des transports, ou du moins une partie fondamentale de celui-ci ? Allons-y.

Comme nous l’avons expliqué, chaque activité laisse une trace, comme en témoigne notre modèle de mobilité actuel basé sur la combustion de combustibles fossiles. Qu’il s’agisse de diesel, d’essence ou de kérosène (principalement utilisé dans l’aviation), les moteurs à combustion fossile obtiennent de l’énergie mécanique grâce à l’énergie chimique de la combustion d’un combustible dans une chambre de combustion. Cela signifie que d’énormes quantités de gaz et de particules polluants, tels que les oxydes d’azote, les monoxydes de carbone, le dioxyde de carbone, ainsi que d’autres composés organiques volatils et particules fines de divers types, finissent par pénétrer dans notre atmosphère, causant des dommages plus qu’évidents à notre santé et à l’environnement. C’est pourquoi, depuis des années, des efforts sont déployés pour trouver des alternatives à ces carburants fossiles pour nos véhicules. Ces recherches, au cours des dernières décennies, ont permis de classer ces technologies alternatives en deux grands groupes, présentant des différences significatives selon les tendances actuelles du secteur. Ces dernières ne peuvent être analysées au même niveau, mais plutôt selon leurs particularités et leurs applications possibles dans un contexte proche. Nous distinguons donc ces deux technologies coexistantes :

 

• Moteurs électriques : leur fonctionnement repose sur un ou plusieurs moteurs électriques alimentés par des batteries, qui génèrent une résistance et convertissent l’énergie cinétique (mouvement) en courant alternatif. Ce dernier passe ensuite par le convertisseur pour se transformer en courant continu et est à son tour stocké dans la batterie pour être réutilisé. Il semble que cette solution s’impose comme l’alternative aux moteurs à combustion pour les voitures particulières et les déplacements quotidiens ; il est toutefois encore trop tôt pour connaître son impact sur le marché automobile. Ce qui est clair, c’est qu’il s’agit d’une solution clé pour la décarbonation des transports si elle est soutenue par l’l’utilisation d’énergies renouvelables.

 

• Moteur à combustion à hydrogène : il fonctionne avec une pile à combustible, que l’on trouve à l’avant du véhicule, et qui, par une réaction chimique avec l’oxygène obtenu à l’extérieur du véhicule, produit de l’électricité pour faire avancer la voiture. Le surplus produit par ce processus n’est que de la vapeur d’eau. Un autre facteur est la façon dont cet hydrogène est produit et la quantité de pollution que nous polluons dans ce processus de production, d’où l’importance du type d’hydrogène utilisé. Cette solution semble idéale pour les modes de transport qui nécessitent une grande autonomie et une grande puissance, ainsi que pour les processus industriels à forte consommation de gaz. C’est là qu’intervient à nouveau le célèbre hydrogène vert ; maintenant nous allons voir pourquoi.

 

Hydrogène vert et autres types d’hydrogène pour compléter un arc-en-ciel 

Comme nous l’avons dit, la production et/ou l’obtention d’hydrogène est si importante dans ce processus qu’elle détermine totalement l’empreinte carbone que nous générons avec l’utilisation de chaque technologie. Tout d’abord, il faut expliquer que l’hydrogène n’est pas un composé qui peut être capturé librement dans notre environnement naturel, il est présent mais pas dans la quantité ou la forme nécessaire à sa capture, mais plutôt ce qu’on appelle en chimie un « vecteur énergétique », et est également léger et facilement stockable. Cela signifie essentiellement que sa production nécessite un processus soumis à l’utilisation d’énergie ; c’est-à-dire que selon la source d’énergie que nous utilisons, l’hydrogène peut générer une empreinte carbone de différents types. Eh bien, plus le processus de production d’hydrogène est écologique, plus l’hydrogène lui-même sera écologique.

Sachant cela, le plus important est peut-être de connaître les différences entre les différents types d’hydrogène qui existent en fonction de la manière dont il est produit. Ainsi, nous pouvons parler, comme s’il s’agissait d’une ceinture d’arts martiaux, de huit classifications de couleurs, bien que l’hydrogène lui-même n’ait pas de couleur en tant que telle, avec les différences suivantes :

 

Hydrogène noir/brun

Il s’agit de celui produit à la suite de la gazéification de carbone par la combustion de différents minéraux carbonés tels que le charbon bitumineux (noir) ou la houille et le lignite (brun). Comme il repose sur une combustion pure, diverses émissions polluantes, dont le dioxyde de carbone, sont rejetées dans l’atmosphère lors du processus chimique. C’est pourquoi il est considéré comme le type d’hydrogène le plus nocif pour l’environnement.

Hydrogène gris

C’est la couleur d’hydrogène la plus courante et la plus facile à produire (donc la moins chère), bien qu’elle soit aussi l’une de celles qui rejettent la plus grande quantité de dioxyde de carbone dans l’atmosphère. L’hydrogène gris est produit par ce que l’on appelle le reformage à la vapeur (SMR) des combustibles fossiles, en particulier le gaz naturel.

Hydrogène jaune

L’hydrogène jaune est l’hydrogène dont l’électricité utilisée pour l’électrolyse provient de diverses sources de production, y compris celles basées sur les énergies renouvelables et celles qui utilisent des combustibles fossiles. La particularité est que l’hydrogène jaune désigne également l’hydrogène produit à partir de l’énergie solaire, bien que celui-ci soit classé dans son ensemble dans la catégorie verte ; En fait, on pourrait même dire qu’il s’agit d’une nuance d’hydrogène vert.

Hydrogène bleu

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 du méthane. Ainsi, le carbone produit au cours du processus se retrouve à l’état solide et n’est pas rejeté dans l’atmosphère, ce qui rend sa récupération et son stockage inutiles et peut être utilisé dans la fabrication d’une série d’autres produits utiles à base de carbone, tels que les engrais.

Malgré tout, ce procédé est encore en phase de développement ; Il ne peut donc pas être évalué ou produit au même niveau que les autres couleurs d’hydrogène.

Hydrogène rose

C’est un type d’hydrogène qui apparaît par électrolyse de l’eau, en décomposant la molécule d’eau pour obtenir de l’hydrogène et de l’oxygène. Il présente une particularité : l’énergie électrique utilisée dans le processus est nucléaire. C’est un hydrogène presque durable, puisque son empreinte environnementale est uniquement liée à l’énergie nucléaire elle-même.

Hydrogène vert

Ce type d’hydrogène est notre grand protagoniste aujourd’hui. Il est produit par électrolyse, en décomposant la molécule d’eau pour obtenir de l’hydrogène et de l’oxygène. Il présente une particularité : il utilise uniquement du courant électrique provenant de sources renouvelables. Autrement dit, l’hydrogène vert est le seul obtenu à partir d’énergies 100 % propres, comme le photovoltaïque (jaune), l’éolien ou l’hydroélectrique, et ne produit aucune émission directe de dioxyde de carbone dans l’atmosphère.

Hydrogène blanc

L’hydrogène blanc est présent naturellement à l’état libre, généralement sous forme gazeuse dans l’atmosphère et, parfois, dans des gisements souterrains. Le problème majeur est que ce type d’hydrogène ne dispose pas d’une stratégie technologique permettant de l’utiliser à grande échelle, ce qui le rend inutilisable.

Comment l’hydrogène vert est-il produit ?

Comme nous l’avons vu, il existe une multitude de procédés permettant de produire de l’hydrogène, même s’ils ne peuvent pas tous être considérés comme durables. C’est pourquoi, afin de clarifier la production d’H2, nous allons nous efforcer de comprendre comment se fabrique le principal acteur de cet article : l’hydrogène vert.

Voyons voir, l’hydrogène est toujours un élément chimique du tableau périodique – plus précisément le premier de la liste – qui, dans ce cas, est obtenu par la séparation des molécules qui forment l’eau (H2O) par un processus de dissociation desdites molécules par l’apport d’électricité. Ce procédé, appelé électrolyse, permet de séparer les molécules d’hydrogène des molécules d’oxygène, et dans le cas de l’hydrogène vert, cela se fait grâce à l’énergie électrique générée par toute source d’énergie renouvelable (principalement l’énergie éolienne et/ou photovoltaïque).

 

De cette façon, le courant électrique est appliqué en continu dans ledit électrolyseur, un processus pour lequel nous devons au préalable convertir ledit courant alternatif en courant continu grâce à l’électronique de puissance et à des dispositifs appelés redresseurs. Pour que ces redresseurs fonctionnent aux niveaux appropriés de courant alternatif et de tension provenant du réseau, ils doivent être protégés contre d’éventuelles altérations ; par conséquent, nous utilisons des centres de transformation, équipés de cellules de protection du réseau, ainsi que des transformateurs pour ajuster les niveaux. Ce qui en fait des éléments clés pour un bon fonctionnement et qui nécessite un niveau technologique et d’innovation élevé. Cependant, ce processus présente deux dilemmes :

1. Si le processus d’électrolyse est réalisé par connexion au réseau de distribution électrique, le couplage sera réalisé au moyen de centres de connexion et de sectionnement aux réseaux de distribution publics.
2. Si le processus d’électrolyse part des réseaux de transport électrique, nous avons besoin de sous-stations électriques ; Puisque nous devons transformer l’électricité de haute à moyenne tension, tout en garantissant la sécurité du processus à tout moment et son bon fonctionnement.

Dans tous les cas, le schéma de base serait celui d’une quantité X d’eau stockée et/ou transportée vers une centrale de production d’hydrogène. Cette eau passe par un électrolyseur pour être soumise à un processus de séparation moléculaire, utilisant de l’énergie électrique d’origine renouvelable, qui décompose sa composition moléculaire initiale. C’est après cette séparation que l’oxygène est stocké pour une utilisation industrielle ou médicale et/ou expulsé de l’équation par l’atmosphère, tandis que l’hydrogène est envoyé vers des réservoirs de stockage, où il est conservé sous forme de gaz comprimé ou liquéfié pour être utilisé dans les industries ou les piles à combustible à hydrogène.

C’est ce processus qui permet de convertir une simple goutte d’eau, grâce aux énergies renouvelables et aux infrastructures électriques, en un carburant vert à zéro émission. C’est pourquoi le développement de cette industrie est si important.