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10 tonnes de CO2 pour 1 tonne d'Hydrogène
Aujourd’hui, le miracle hydrogène se fait attendre : certes, 94 millions de tonnes d’hydrogène ont été mondialement produites en 2021, mais avec une émission de 900 millions de tonnes de gaz carbonique.
- 62 % à partir du gaz naturel
- 18 % à partir du pétrole
- 19 % à partir du charbon
- 0,04 % par électrolyse de l’eau.
L’utilisation actuelle de l’hydrogène concerne la production d’ammoniac (engrais), de méthanol et les processus de raffinage.
Sous réserve de le produire avec une contrepartie CO2 beaucoup plus faible, les regards se tournent vers le remplacement des énergies fossiles (gaz, pétrole) par l’hydrogène (pile à combustible, turbine à gaz, moteur thermique…)
Quelques chiffres pour fixer les esprits
- 1 kg d’hydrogène apporte une énergie de 33 kwh : ce qui correspond à faire 100 km avec une berline.
- 7 litres d’hydrogène sous 700 bars contiennent l’énergie d’1 litre d’essence. (source IFPEN)
- 4 litres d’hydrogène, liquéfié à -253 °C, liquide contiennent l’énergie d’1 litre d’essence (à condition de pouvoir maintenir cette température).
- L’hydrogène stocke et transporte l’énergie, mais avec un rendement très faible :
Sur cet exemple (voiture à hydrogène avec pile à combustible), l’électrolyse de l’hydrogène, sa compression, son transport, son utilisation dans une pile à combustible fait qu’il ne reste que 13,4 kWh utiles contre les 58,7 kWh qui ont été fournis.
L’hydrogène est un carburant sans rejet de C0 ou de CO2
L’hydrogène est un gaz inodore, incolore et non toxique. Qu’il soit carburant pour une pile à combustible, une turbine à gaz, un moteur à explosion il ne rejette que de l’eau + un peu d’oxyde d’azote.
Pour mémoire, l’ammoniac, qui est également un carburant sans rejet de C02, se place comme challenger de l’hydrogène.
Mais c'est loin d'être la panacée
Il est extrêmement inflammable et explosible
Il a un large domaine d’inflammabilité (4 à 75 % en volume dans l’air contre 5% à 15% pour le méthane) et une énergie d’inflammation très faible (0,02 milijoules contre 0,28 milijoules pour le méthane).
Une étincelle mécanique, un conducteur non mis à la terre, un point chaud conduisent à une inflammation voire à une explosion du méthane, alors qu’il suffit d’une énergie 20 fois plus faible pour l’hydrogène (frottement d’un textile par exemple).
Dissipé dans l’atmosphère, il est 11 fois plus néfaste pour le climat que le C02
L’utiliser oui, mais sans le laisser se sauver !
Le pouvoir de réchauffement global de l’atmosphère (PRG) de l’hydrogène pour une période de 100 ans est en moyenne de 11, celui du C02 est de 1.
Notons toutefois que l’hydrogène possède une durée de vie dans l’atmosphère de 2 ans seulement contre environ 100 ans pour le CO2.
Voici quelques valeurs de PRG :
- dioxyde de carbone, CO2 : 1
- hydrogène, H2 : 11
- méthane, CH4 : 27,9
- protoxyde d’azote, N2O : 273 (anesthésique et antalgique)
- hexafluorure de soufre, SF6 : 25 200 (utilisé dans les équipements électriques haute tension)
Pas facile à transporter
L’hydrogène est la molécule la plus petite et la plus légère des gaz. Il se disperse rapidement dans l’air et est capable de diffuser dans l’acier et de le fragiliser. Des aciers (X70 par ex) sont toutefois résistants. Les matériaux de stockage et de transport de l’hydrogène doivent être spécifiques.
En Moselle
MosaHyc est un projet de réseau de transport d’hydrogène reliant la Sarre (Allemagne), le Grand Est (France) et la frontière Luxembourgeoise. Il s’étendra, en 2027, sur 70 km avec un débit d’hydrogène de 20.000 m3 /h sous une pression de 28 bars.
Il est réalisé en adaptant des infrastructures gazières déjà existantes.
Illustration GRT Gaz
Pas facile à stocker, ou à transporter mais on cherche…
Sous forme gazeuse, dans des cavités salines
Selon leur profondeur, les cavités salines peuvent être exploitées sous une pression allant jusqu’à 200 bars et permettent de stocker de gros volumes d’hydrogène pouvant aller de 9 à 6 000 tonnes.
Une cavité test de stockage de 9 tonnes d’hydrogène va être aménagée dans la couche de sel de Cerville (prés de Nancy).
Sous forme liquide
Sous forme solide
L’adsorption sur des surfaces de carbone est envisagée pour le stockage. L’incorporation dans des composés solides ou en gel est également à l’étude.
Par conversion en ammoniac
Comment fabrique t-on l'hydrogène ?
Fabrication de l’hydrogène NOIR (avec du charbon) ou BRUN (avec du lignite) : C02 garanti
L’ex gaz de ville (ou gaz d’éclairage) était produit par la gazéification du charbon (distillation) dans les gazogènes, les cokeries et les usines à gaz (En France, la dernière usine à gaz de ville, celle de Belfort, ferma en 1971). Ce gaz est composé de CO, d’H2, de C02, de CH4 et de vapeur d’eau. C’est ce qu’on trouvait dans les gazomètres qui égayaient nos banlieues.
Nota: la gazéification de la biomasse est encore une possibilité.
Voiture à gazogène pendant la seconde guerre mondiale
Fabrication de l’hydrogène GRIS : C02 garanti
Le reformage du CH4 par la vapeur d’eau est la production industrielle la plus courante. Mais l’opération produit plus de 10 tonnes de CO2 par tonne d’hydrogène !
Fabrication de l’hydrogène BLEU : C02 partiellement stocké
L’hydrogène est produit classiquement par reformage (comme le gris) mais on capte le CO2 en sortie de procédé pour le stocker géologiquement.
Mais du fait des fuites hors des cavités, les émissions totales de CO2 pour l’hydrogène « bleu » ne sont que de 9 à 12 % inférieures à celles de l’hydrogène « gris ».
Fabrication de l’hydrogène VERT et JAUNE : Peu ou pas de CO2
L’hydrogène peut aussi être produit à partir d’eau et d’électricité, c’est l’électrolyse de l’eau. L’électrolyseur sépare une molécule d’eau en hydrogène et en oxygène.
L’hydrogène est vert si l’électrolyse est réalisée avec une électricité verte (éolien, solaire, hydroélectricité, biomasse). L’hydrogène est jaune si l’électricité est nucléaire.
Fabrication de l’hydrogène TURQUOISE : Pas de CO2
La pyrolyse du méthane sous haute température (650°C à 2 000 °C) en atmosphère pauvre en oxygène (pour éviter la combustion) fabrique de l’hydrogène et du carbone solide sans rejet de CO2.
1 tonne de méthane permet de produire 250 kg d’hydrogène… et 750 kg de carbone !
Le carbone solide est utilisé dans la fabrication des pneumatiques, des encre, de lacâblerie électrique, voire dans les bétons et pour l’amendement des sols.
Les projets d'électrolyse en Lorraine
2 projets concurrents veulent s’installer à Carling
Projet Emilhy de Gazel (centrale Emile Huchet)
Classique et industriel : technologie éprouvée, maîtrise des infrastructures disponibles de transport d’électricité et des raccordements en eau nécessaires.
- une première phase de 200 MW prévue pour 2027/2028 est prévue pour alimenter en priorité l’aciériste allemand Saarstahl Hoolding Saar (SHS).
- une seconde phase de 200 MW prévue pour 2030
Budget : 780 millions d’euros
Projet CarlHYng de Verso Energy
Start up et innovation : électrolyse par membrane échangeuse de protons
- 2027/2028 : première unité de 100 MW
- 2029 : deuxième unité de 100 MW
- 2030 : troisième unité de 100 MW
Budget : 450 millions d’euros
Un troisième projet d’électrolyse en Lorraine
Sur une ancienne friche industrielle de 31 hectares (ex l’aciérie de Gandrange), 4 tranches de 100 Megawatt seront construites par la La société H2V, à partir de 2026. Elles sont destinées à alimenter les camions, les bus, les bennes à ordures, les engins de chantier, et es péniches.
Budget : 500 millions d’Euros.
Mais peut-être pourra-t'on l'extraire de la croûte terrestre ?
L’hydrogène blanc ou natif serait “fabriqué” sous terre,
- soit par un processus de serpentinisation : transformation de minéraux ferromagnésiens, sous action de l’eau, entre 200 et 350 °C et production d’hydrogène.
- soit par radiolyse de l’eau : dissociation de l’eau en hydrogène sous l’effet d’un rayonnement énergétique intense ( radioactivité)
S’il est fabriqué il serait renouvelable : idéal ! un gaz renouvelable qui ne dégage pas de co2 pendant sa combustion.
On en trouve dans presque tous les pays, à Oman, en Espagne, aux États-Unis, en Nouvelle-Zélande, en Australie, en Chine, au Japon, en Finlande, en Ukraine, au fin fond de l’Atlantique ou en Nouvelle-Calédonie… il alimente les petites flammes millénaires du mont Chimère en Turquie, ou des Los Fuegos Eternos aux Philippines (source epsiloon).
Carte non exhaustive des émanations déjà connues d’hydrogène natif (en rose)
Source : H 2 Naturel GP2 de l’Ancre
A Bourakébougou (Mali) il alimente, depuis 2012, une micro-centrale électrique de 7 kw qui assure l’éclairage et la production d’eau glacée du village.
La France métropolitaine n’est pas en reste :
- Octroi d’un permis exclusif de recherche (PER) à la société TBH2 Aquitaine dans le département des Pyrénées-Atlantiques.
- Demande d’octroi de permis déposée par la start-up 45-8 Energy dans la même région.
- Demande d’octroi de permis déposée par la start-up FDE sur la Moselle et la Meurthe et Moselle. Ce qui fait suite à la découverte d’hydrogène dans un forage à Folschviller (voir l’article)
Bon article et très complet cependant il serait souhaitable que les sources indiquant l’origine des informations données soient indiquées et publiées sur ces pages .
Merci pour ce document très explicite et accessible, qui permet d’y voir plus clair… Quoi qu’il en soit, l’AISE sera solidaire de vos démarches….
Une très bonne synthèse très didactique des connaissances actuelles sur l’hydrogène.
Merci pour cette étude, dossier à suivre…!