L’approvisionnement en énergie propre, pour le futur ?

Étant donné ses propriétés et ses applications multiples, l'hydrogène dispose d'un potentiel considérable pour l'approvisionnement énergétique du futur.

Tout d’abord, il est utile de rappeler que l’hydrogène, tout comme l’électricité, n’est pas une source d’énergie, mais un vecteur énergétique secondaire. Ainsi, l’hydrogène peut être produit à partir de différentes sources d’énergies telles que le gaz naturel et d'autres technologies. Il a la particularité d’être facilement stocké de manière stable, durant de longues périodes et, bien entendu, transporté. Il offre une alternative énergétique qui facilite l’intégration et l’implémentation d’énergies renouvelables afin de réduire les émissions de CO2.

L’hydrogène est le composant chimique le plus abondant dans l’univers. Il se retrouve, par ailleurs, dans l’immense majorité des composés organiques. Il s’agit de la source d’énergie ayant la densité énergétique la plus élevée par rapport à son poids. Il ne s’oxyde pas, ne dégage ni CO2, ni aucun autre élément polluant lors de sa combustion. Il n’est ni toxique, ni corrosif et est inodore. Il ne représente aucun danger pour l’eau, n’est pas cancérigène et ne nuit ni à la nature, ni à l’environnement.

L’hydrogène dans l’histoire au niveau énergétique

Dès 1843, la Suisse s’approvisionne en gaz, tout d’abord sous forme de « gaz de ville », principalement extrait à partir de charbon. Les principaux composants de ce gaz étaient l’hydrogène (50%), le méthane (25%) et l’azote (15%).

Aujourd’hui, c’est plus de 500 milliards de mètres cubes d’hydrogène qui sont produits dans le monde pour diverses applications, que ce soit pour l’industrie, l’agriculture ou le secteur privé. Ce chiffre parait conséquent, cependant s’il est mis en relation avec le besoin en énergie au niveau mondial, il est encore marginal.

Comment produire de l’hydrogène ?

Principe de l’électrolyse

On peut séparer les composants chimiques de l’eau que sont l’hydrogène et l’oxygène à l’aide d’un courant électrique. Ce principe porte le nom d’électrolyse. L’hydrogène et l’oxygène apparaissent à la surface sous forme de bulles de gaz pouvant être collectées séparément. L’électrolyse transforme l’énergie électrique en énergie chimique. Ainsi, l’hydrogène renouvelable collecté peut être utilisé de diverses manières et être, par exemple, jusqu’à une certaine proportion, directement injecté dans le réseau gazier. Il peut également être converti en méthane de synthèse, en le combinant avec du CO2.

Les couleurs de l'hydrogène

Elles sont définies par son origine, soit la méthode de production ainsi que par les émissions de CO2 qui en résultent:

L’hydrogène gris est obtenu à partir de combustibles fossiles. Il s’agit en général de gaz naturel transformé en hydrogène et en CO2 sous l’effet d’une source de chaleur (vaporeformage). Le CO2 est ensuite évacué dans l’atmosphère sans être utilisé.

L’hydrogène bleu est obtenu par reformage du gaz naturel comme l’hydrogène gris, mais avec capture du CO2 durant la production. Ce CO2 est ensuite stocké dans des réservoirs souterrains. Le CO2 capturé peut aussi être utilisé sous forme de carbone. La capture du CO2 rend certes le bilan de la production d’hydrogène neutre en CO2, mais ces technologies nécessitent beaucoup d’énergie.

L’hydrogène turquoise est produit par dissociation thermique du méthane (pyrolyse du méthane). Ce procédé produit du carbone solide au lieu de CO2. La neutralité en CO2 du procédé dépend de deux facteurs: il faut que le réacteur à haute température soit alimenté
par des sources d’énergie renouvelables et que la séquestration du carbone soit permanente.

L’hydrogène vert est produit par électrolyse de l’eau, exclusivement à partir d’électricité renouvelable. Cette production d’hydrogène ne dégage aucun CO2, car l’électricité utilisée provient à 100 % de sources d’énergie renouvelables.

Les applications de l’hydrogène dans les contextes énergétiques

Des projets de recherche se concentrent actuellement à la normalisation et à la progression de la part d’hydrogène dans le réseau du gaz naturel.

Dans le même temps, l’hydrogène constitue une alternative de choix dans l’optique d’une mobilité propre. En effet, que ce soit sous forme de moteurs à combustion à l’hydrogène ou de véhicules alimentés directement par des piles à combustibles, les constructeurs découvrent petit-à-petit les avantages des technologies liées à l’hydrogène. En Suisse, l'intention est de mettre en service près d’un millier de camions propulsés à l’hydrogène d’ici à 2023.

Au niveau du bâtiment, des tests sont en cours à travers le monde afin d’observer les possibilités d’alimenter les chauffages à partir d’hydrogène, les chauffages modernes peuvent déjà fonctionner avec 20-30% d’hydrogène. Selon une étude européenne, d’ici à 2050, l’hydrogène y couvrira 20% des besoins en chauffage des bâtiments.

Selon des études récentes, le réseau gazier peut transporter jusqu’à 10% d’hydrogène sans problème. L’Industrie gazière entend relever ce plafond sur le long terme, puisque c’est techniquement possible.