Hydrogène Un élément à valoriser pour une nouvelle ère énergétique? 

L’hydrogène est utilisé par l'industrie chimique depuis cent ans. Il est 14 fois plus léger que l'air, il n'est ni toxique, ni corrosif ni radioactif, ne s'enflamme pas spontanément, brûle en produisant une flamme incolore et sans laisser de résidus, et est aujourd'hui un vecteur énergétique de plus en plus demandé. 
S'il se trouve en abondance dans l’Univers, l'hydrogène n’est présent sur Terre que sous forme liée. Il faut d'abord le séparer au moyen d'énergie des autres éléments auxquels il est associé dans la ressource primaire (p.ex. gaz naturel, eau ou biomasse). Il existe différents procédés pour ce faire:

L'électrolyse consiste à séparer l'eau en ses deux composants, l’oxygène et l’hydrogène, au moyen de l'électricité. L'énergie électrique est convertie en énergie chimique, qui est contenue dans l'hydrogène produit. Ce procédé étant neutre en CO₂, on parle d’hydrogène vert.

Grâce au procédé de reformage, l’hydrogène est extrait du gaz naturel à l'échelle industrielle. Comme il se forme du dioxyde de carbone, on parle d’hydrogène gris. Si le CO₂ dégagé est capté et stocké (Carbon Capture and Storage, CCS) ou réutilisé (Carbon Capture and Utilization, CCU), on parle d’hydrogène bleu.

La pyrolyse du méthane permet de décomposer le gaz naturel à haute température en hydrogène et en carbone solide. Pour assurer la neutralité du procédé en CO₂, il faut que l'énergie provienne de sources renouvelables et que le carbone soit lié durablement. On parle d’hydrogène turquoise. 

La pile à combustible

Pour utiliser l'hydrogène obtenu, on a besoin d'une pile à combustible. Le processus chimique est en quelque sorte une électrolyse inversée: l'hydrogène réagit avec l’oxygène dans une combustion dite froide. Fonctionnant selon le principe du couplage force-chaleur, la pile à combustible produit en même temps de l’électricité et de la chaleur. Le seul sous-produit de cette réaction est de l'eau.

Le courant continu produit par la pile est transformé dans un convertisseur en courant alternatif, utilisable par le consommateur. La chaleur est récupérée par un échangeur de chaleur et accumulée dans un réservoir tampon d’eau de chauffage, qui peut ainsi être utilisée pour la préparation d'eau chaude sanitaire ou le chauffage du bâtiment. Les piles à combustible ont une efficacité énergétique élevée de par la production d'électricité et de chaleur combinée.

Avantages

L'industrie chimique nous a appris à procéder de manière sûre avec l’hydrogène. Son transport et son stockage intermédiaire ne posent pas de difficultés majeures.

Il est possible d’exploiter le déséquilibre entre l’offre et la demande d'électricité de source photovoltaïque ou éolienne en utilisant le surplus de courant produit pour l’électrolyse et la production d'hydrogène vert. Celui-ci peut être stocké sur place ou transporté à un autre lieu d'utilisation.

L’hydrogène est un agent énergétique aux usages multiples et peut contribuer à réduire les émissions. Utilisé dans les véhicules à pile à combustible, il remplace les combustibles fossiles; il peut également servir de combustible pour le chauffage des habitations. Il a aussi des applications industrielles, comme la fabrication d’«acier vert», neutre pour le climat.

Inconvénients

A découvrir tous ses avantages, l’on se demande pourquoi ne pas avoir déployé l‘hydrogène à grande échelle plus tôt. Où est la faille?

Le plus grand inconvénient est le coût énergétique élevé de la production d'hydrogène. Le procédé d'électrolyse en particulier est encore très énergivore. Le refroidissement de l'hydrogène aussi, car il ne se liquéfie qu’à une température de -253 °C.

La génération actuelle des piles à combustible, qui utilisent du platine comme catalyseur, pose un autre problème. On cherche actuellement à remplacer ce matériau rare et cher par des alternatives moins coûteuses. 

Une bonne option

S'il apparaît comme une solution énergétique élégante, l’hydrogène a aussi ses revers. Y trouver des solutions dans un avenir proche pourrait permettre de répondre aux défis pressants des énergies renouvelables et de la transition de la mobilité.