Économie hydrogène

Le terme d'économie hydrogène est utilisé pour évoquer une hypothétique future société dans laquelle le dihydrogène (H₂) servirait de vecteur d'énergie à l'instar du pétrole actuellement, surtout pour l'ensemble des applications mobiles (principalement la voiture) et stationnaires réparties.

La thèse : le dihydrogène, forme d'avenir de l'énergie

L'hydrogène présente plusieurs caractéristiques qui le rendent séduisant :

• c'est un produit industriel courant, qu'on peut obtenir de façon "propre" (sans émission nuisibles) sous certaines conditions (si l'électricité, les réactifs chimiques ou la chaleur nécessaires sont eux-mêmes produits proprement)
• sa combustion produit principalement de l'eau,
• il permet aussi de produire de l'électricité, via une pile à combustible, et couplé à un moteur électrique, la totalité a un rendement bien meilleur qu'un moteur thermique
• un réservoir d'hydrogène semble capable d'apporter l'autonomie indispensable à un véhicule propre, tandis que ce problème n'est pas toujours résolu pour un véhicule électrique ou à air comprimé

L'hydrogène n'est tandis qu'un intermédiaire entre la structure de production et la pile à combustible, produisant l'électricité, elle-même utilisée par un moteur électrique.

Cette structure peut sembler complètement inutile comparé au moteur à explosion, produisant directement l'énergie cinétique à partir du carburant ; en comparant les rendements énergétiques de ces deux solutions, on s'aperçoit que la solution hydrogène est une alternative réaliste. Le rendement énergétique de la paire production d'hydrogène-pile à combustible est comparable à celui du moteur à explosion, et les pertes au niveau du moteur électrique sont quasi nulles. En outre, l'utilisation de l'intermédiaire électrique permet d'envisager des économies d'énergies par récupération au freinage, et pour l'équipement embarqué : une partie de l'énergie du moteur est actuellement retransformée en électricité, ce qui entraîne d'autres pertes. L'électricité serait directement disponible dans le moteur à pile à combustible.

Autre facteur d'optimisme, le véhicule à hydrogène a des marges de progrès à faire énormément plus importante que le moteur à explosion, dont le rendement est optimisé depuis des décennies par toute l'industrie automobile.

La production à grande échelle

Actuellement, on produit l'hydrogène en usine par deux procédés essentiellement.

Le plus utilisé repose sur l'utilisation d'hydrocarbures ou de charbon. C'est aujourd'hui la solution la plus économique, et celle offrant le meilleur rendement énergétique. Néanmoins, cette solution ne fait que reporter le problème de la consommation d'énergies fossiles.

L'autre solution mise en œuvre à grande échelle est l'électrolyse de l'eau. Elle est bien plus onéreuse et offre un rendement plus faible que la solution énoncée plus haut. Mais dans la mesure où elle ne consomme que de l'électricité, et qu'on sait produire l'électricité proprement, elle permet d'envisager une filière entièrement propre.

Les capacités de production d'hydrogène en utilisant l'électricité d'origine renouvelable restent limitées. En effet, l'électricité mondial issue du renouvelable en 2008 est particulièrement inférieur à l'électricité issues du non renouvelable. L'énergie renouvelable en 2008 est plus onéreuses que le non renouvelable. Concevoir ainsi toute une économie entièrement sur l'électricité reviendrait à en multiplier la consommation, ce qui ne pourrait se faire que par le nucléaire et les centrales thermiques. On en revient plus à une filière polluante que non polluante pour des raisons économiques.

Certaines solutions sont aujourd'hui à l'étude, telles que des centrales nucléaires produisant en parallèle électricité et hydrogène, mais demeurent à l'état embryonnaire comme le projet VHTR qui envisage la diffusion de combustible hytane par gazoducs.

Seule l' Islande entreprend de produire l'hydrogène à grande échelle en utilisant la géothermie qui est une solution entièrement propre. L'Islande pourrait devenir un pays pionnier dans la production de masse.

La production située

Une première façon de produire de l'hydrogène est de l'obtenir par combustion de carburants fossiles ou végétaux : d'éthanol, charbon ou hydrocarbures. Ceci est envisageable de manière située, dans une voiture par exemple. Les rendements énergétiques obtenus sont assez intéressants.

Question du stockage et du transport

La question du stockage : particulièrement peu dense, l'hydrogène doit être comprimé à des pressions particulièrement importantes pour être transportable dans un volume raisonnable. Outre les problèmes de sécurité qu'elle comporte, cette compression demande énormément d'énergie. D'autres solutions sont envisagées mais non maîtrisées pour le moment ; le stockage sous forme liquide à particulièrement basse température est envisagé, mais non maîtrisé à bord d'un véhicule. Une solution suscite de l'espoir, même si pour le moment elle reste à l'état d'étude principale : le "piégeage" de l'hydrogène par le carbone.

Le transport : il faudrait mettre en place des infrastructures gigantesques pour produire et transporter l'hydrogène à travers le territoire. C'est un effort identique au développement des filières de distribution du pétrole, qui a demandé plusieurs dizaines d'années. Le coût du déploiement d'un dispositif complet de distribution pourrait demander de 10 à 15 milliards de dollars pour les seuls États-Unis ^[1]. Ce frein économique implique que le passage à l'hydrogène ne peut résulter que d'un choix généralisé, et nécessite par conséquent l'aplanissement de l'ensemble des difficultés existantes.

Réfutation

Toute la thèse repose sur une comparaison entre l'hydrogène et le carburant d'origine pétrolière, sous la double hypothèses

1. que le carburant fossile ne serait plus disponible (par épuisement ou sous l'effet de mesures conçues pour maitriser le problème de l'effet de serre)
2. mais que la ressource énergétique globalement disponible resterait suffisante, plutôt sous forme d'énergie renouvelable.

Or si cette dernière hypothèse s'avère fausse, le monde n'a pas la possibilité de produire l'hydrogène et le concept d'économie hydrogène n'a plus de sens. Mais, inversement, si elle est exacte, il est plus simple, plus efficace, moins polluant et plus économique de simplement utiliser l'énergie disponible au maximum directement, plutôt que de la convertir en hydrogène avec l'ensemble des pertes et les difficultés que ça représente. D'autant que les énergies renouvelables sont principalement productrices d'électricité, forme d'énergie spécifiquement commode. La conversion de l'énergie disponible en hydrogène ne peut pas être la norme, mais uniquement l'exception, évitéedans la mesure du possible.

De plus, même la première hypothèse est discutable : l'épuisement des ressources fossiles se traduira par réduction de leur usage en commençant par les secteurs où leur intérêt est le plus faible, et en terminant par les secteurs où leur emploi se justifie le plus. Dont le secteur des transports, qui sera sans doute l'un des derniers à renoncer aux carburants pétroliers (d'origine fossile ou synthétisés ad hoc).

C'est pourquoi seuls quelque rares organismes spécialisés dans l'hydrogène le voit dominant à l'avenir, les autres étant sceptiques ^[2], ce qui n'exclut pas qu'il soit présent dans une certaine mesure.

Voir aussi

• Dihydrogène
• Hydrogène
• Véhicule propre
• Pile à combustible
• stockage d'hydrogène

Notes et références

Bibliographie

L'économie hydrogène : après la fin du pétrole, la nouvelle révolution économique Jeremy Rifkin, La Découverte, 2002

Diaporama d'Ulf Bossel, Président de l'European Fuel Cell Forum

Liens externes

• http ://www. enpc. fr/fr/formations/ecole_virt/trav-eleves/cc/cc0304/hydrogene/H2. htm
• Dossier sur l'hydrogène sur le site du CEA

• Dossier sur l'Alternative Hydrogène de France Innovation's

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