November 03, 2022

Le dihydrogène : une solution au défi de la transition énergétique ?

Avec l’intensification du changement climatique, l’Homme est contraint de revoir ses choix de consommation, et l’enjeu de l’énergie n’a d’autre possibilité que de gagner en importance au sein de la recherche scientifique. C’est pourquoi de nos jours, de nombreuses entreprises investissent des milliards de dollars dans le dihydrogène afin d'approfondir les recherches à son sujet. 

Cette molécule aux propriétés prometteuses pourrait bien constituer l’avenir d’une consommation à l’impact allégé, mais son utilisation est encore loin d’être idéale : c’est ce dont nous traiterons dans cet article.


Le dihydrogène voit son principal intérêt à travers la pile à hydrogène (ou pile à combustible). Cette dernière est utilisée notamment dans les véhicules électriques. Elle permet de convertir directement de l'énergie chimique en énergie électrique, grâce à une réaction dite d'oxydoréduction, c’est-à-dire grâce à un transfert d’électrons. Une pile à hydrogène est constituée de 3 éléments : deux plaques, « chargées » positivement et négativement, que l'on appelle des électrodes, séparées par une substance conductrice, l’électrolyte. À la borne négative, chaque molécule de dihydrogène perd deux électrons suite à une réaction d’oxydation, et forme ainsi deux ions. Ces ions rejoignent la borne positive en circulant à travers l’électrolyte. Les électrons, ne pouvant physiquement pas circuler dans l’électrolyte, sont contraints de circuler dans des fils électriques pour rejoindre la borne positive. Ceci génère alors un courant électrique qui permet de faire fonctionner le moteur. Lorsque les ions et les électrons sont arrivés à la borne positive, on observe le processus inverse (une réduction), ils réagissent avec le dioxygène de l’air pour former de l’eau.

Ce qui veut donc dire que l'utilisation de cette pile permet de faire fonctionner un moteur en rejetant uniquement de l'eau et de la chaleur. Aucune émission de CO2 n'est alors engendrée : voilà donc résolu un des problèmes majeurs causés par la pollution des transports.

Schéma du fonctionnement d’une pile à combustible


Mais comment, alors, se procurer la fameuse molécule ? Sur Terre, l'hydrogène est présent de manière abondante. Toutefois, on ne le trouve jamais à l'état pur. Il faut donc l'extraire à partir d'autres éléments. Il existe ainsi 3 types de dihydrogène, et donc 3 manières de le produire.

  • L'hydrogène gris :  c’est le plus utilisé au niveau industriel actuellement. Il est produit grâce à une technique appelée vaporeformage (ou reformage à la vapeur). Il s'agit d'un processus permettant, en présence de vapeur d'eau et de chaleur, d’obtenir du dihydrogène à partir de méthane (CH4). Mais cette technique est très polluante car elle engendre des émissions de gaz à effet de serre, en particulier du dioxyde de carbone.

 

  • L’hydrogène bleu : l'hydrogène bleu est créé de la même manière que l'hydrogène gris, mais à l'inverse de ce dernier, sa production n'est pas nocive pour l’environnement. En effet, le carbone généré lors du vaporeformage est de suite capturé et stocké dans des poches de gaz ou de pétrole vides. En revanche, ce procédé d’extraction n’en est qu’au stade expérimental, et il se révèle extrêmement coûteux, tant au niveau énergétique que financier.

  • L’hydrogène vert : ce dernier est fabriqué à partir de l'électrolyse de l'eau. Ce processus consiste à briser les liaisons chimiques d'une molécule d'eau (H2O) en imposant le passage d’un courant électrique dans le système. Cette réaction est exactement l'inverse de celle qui se produit dans la pile à hydrogène. Mais, bien qu'idéal pour le défi de la transition énergétique, l'hydrogène vert est encore très peu utilisé en raison de sa faible rentabilité.


De plus, l'hydrogène pourrait également répondre à une des grandes difficultés des énergies renouvelables : le stockage de l'énergie. En effet, lorsque certains parcs photovoltaïques, éoliens, ou autres, se retrouvent dans une situation de surproduction par rapport à la consommation, le surplus d’énergie électrique peut alors être utilisé pour produire du dihydrogène par électrolyse de l’eau. Il est ainsi stocké à l'état liquide ou gazeux, et sera par la suite retransmis sur le réseau sous forme d’énergie grâce à une pile à combustible, pendant les heures de forte consommation.


Malheureusement, l’idée de renouveler l’entièreté du parc automobile grâce à la technologie du dihydrogène est encore bien loin d’être idyllique. En effet, son principal inconvénient reste la difficulté à le stocker et le transporter. Le dihydrogène étant un gaz très léger, 11 fois plus léger que l'air, il occupe un volume important. Pour stocker 1 kg de dihydrogène il faut environ un volume de 12 m³. Or un coffre de voiture en général, n'excède pas les 800/900 litres, soit moins d' 1m³. La pile à combustible pose donc un problème d'aménagement dans les voitures. De plus, cette dernière est très coûteuse. En effet, la réaction d'oxydoréduction de la pile nécessite la présence d’une espèce chimique particulière, appelée catalyseur, qui a pour but d'accélérer et d'améliorer le rendement de la réaction. On utilise pour cela principalement du platine, qui est un métal rare et onéreux, ce qui implique un impact négatif au regard de la compétitivité des piles à combustible sur le marché de l'automobile. 


Le dihydrogène joue donc son rôle quant à la transition énergétique, mais le progrès technique n’est pas terminé : il va falloir changer la manière dont on le produit et quadrupler les quantités obtenues. Pour l'instant, moins de 5% des dépenses énergétiques mondiales sont consacrées à l’hydrogène, ce qui donne une fois de plus une dimension politique et financière aux enjeux environnementaux et techniques.


Blog écrit par : Alex CANAVAGGIO, Lily-Rose GAVANON, Maïlys HERMANN-BOYER


Sources :

https://www.airliquide.com/fr/hydrogene

https://www.h2-mobile.fr/dossiers/pile-combustible-fonctionnement-avantages-inconvenients/



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