Alors que les préoccupations climatiques s’intensifient et que l’utilisation des énergies fossiles devient de plus en plus controversée, l’hydrogène, l’élément chimique le plus simple et le plus répandu dans l’univers pourrait intégrer notre quotidien en tant que nouveau vecteur d’énergie efficace et écologique. L’hydrogène est-il en passe de devenir l’énergie du futur que nous attendons ?
L’hydrogène : des atouts indéniables
Tout d’abord, ce qui intéresse les chercheurs et les industriels, c’est plutôt la molécule de dihydrogène, gaz composé de deux atomes d’hydrogène. Ses caractéristiques chimiques font de lui un excellent vecteur d’énergie – c’est-à-dire un moyen de véhiculer de l’énergie. Aussi, à poids égal, la combustion du dihydrogène génère 3 fois plus d’énergie que l’essence.
En second lieu, c’est un élément très présent sur notre planète que ce soit simplement dans l’eau (H2O), dans la biomasse ou encore dans les différents hydrocarbures carbonés tels que le pétrole, le gaz naturel, etc.
Troisième point fort : en plus d’avoir un rendement énergétique important, la combustion de dihydrogène n’émet pas de gaz carbonique.
Enfin, le dihydrogène peut être stocké et pourrait ainsi constituer un moyen efficace de stocker de l’électricité.
Générer de l’énergie avec une pile à combustible alimentée en dihydrogène
La combustion du dihydrogène et du dioxygène permet de générer une importante quantité d’énergie (pouvoir calorifique 3 fois plus important que le butane) mais avec un certain danger ! Cette méthode est d’ailleurs utilisée depuis longtemps par les engins spatiaux embarquant alors de l’hydrogène comme carburant.
Cependant, pour une utilisation quotidienne et grand public, la piste de la pile à combustible est privilégiée. Ce dispositif permet de générer simultanément, à partir de dihydrogène :
- Un courant électrique
- De la chaleur
- De l’eau
Le tout avec un rendement électrique évalué à 60% alors qu’un groupe électrogène classique ne permet d’atteindre qu’un rendement de l’ordre de 25%. De plus, la génération d’énergie par la pile à combustible est respectueuse de l’environnement puisque aucun gaz carboné n’est émis.
La pile à combustible : des champs d’applications multiples
L’automobile est le secteur de prédilection des piles à combustibles. Aussi, depuis déjà quelques années, les grands industriels (tels que Mercedes, Hyundai, Nissan, Toyota…) se penchent sur la conception de véhicules électriques utilisant des piles à combustibles alimentées en dihydrogène. L’avantage des modèles à piles à combustible par rapport aux voitures électriques à batteries classiques est d’offrir une autonomie 3 à 4 fois plus importante mais aussi de permettre une recharge beaucoup plus rapide : quelques minutes suffisent pour refaire le plein de dihydrogène alors que les voitures électriques nécessitent souvent plusieurs heures pour se recharger complètement. Hyundai a vendu 250 véhicules fonctionnant avec cette technologie en 2014 alors que Toyota a sorti cette année sa première voiture à pile à combustible dihydrogène, Mirai, d’une autonomie de 850 km.
Autre exemple, toujours dans le domaine du transport : la société française Pragma Industries présentait récemment son vélo Alpha à pile à combustible produit en série et vendu aux alentours de 4000 euros, soit le prix d’un vélo électrique haut de gamme. En concluant un partenariat avec La Poste, dans le cadre du renouvellement de sa flotte de vélos, Pragma Industries contribue à la promotion de ces nouvelles technologies innovantes.
D’autres débouchés sont également à l’étude et tirent profit de la génération conjointe de chaleur et d’électricité (cogénération) des piles à combustible pour mettre en place des systèmes décentralisés au sein d’immeubles ou de maisons individuelles. En Europe, le projet Ene.Field expérimente l’installation de 1000 piles dans des bâtiments d’ici 2017.
Par ailleurs, le dihydrogène pourrait devenir un moyen efficace de stocker de l’énergie. Par exemple, il est envisagé d’utiliser l’énergie issue des moyens de production intermittents pour produire du dihydrogène au lieu d’injecter de l’électricité sur le réseau pour une consommation immédiate. Ce même dihydrogène pourra générer de l’énergie par la suite dans une pile à combustible pour produire de l’électricité quand nous en avons besoin. Ce faisant, le dihydrogène remplit efficacement son rôle de vecteur d’énergie.
Enfin, miniaturisée, la pile à combustible pourrait bien devenir une alternative prometteuse aux batteries classiques de nos équipements électroniques nomades tels nos smartphones, ordinateurs, etc. Ainsi, la société allemande EZelleron proposait en début d’année de vous procurer une pile à combustible nomade.
Si le marché des piles à combustibles grand public est encore peu connu, il est donc en train de se développer.
Encore quelques défis à surmonter pour favoriser son adoption
Si le dihydrogène semble très prometteur, plusieurs freins demeurent, et gênent son ascension pour devenir une source d’énergie majeure :
- L’hydrogène a beau être très abondant sur Terre, il ne se trouve malheureusement que très rarement à l’état naturel et donc seul. Aussi faut-il l’extraire des autres éléments qui l’accompagnent ce qui passe par un retraitement de l’eau et des hydrocarbures qui le contiennent. La production de dihydrogène a donc un coût entre 1 à 30€ par kilogramme selon les techniques de production.
- Le dihydrogène étant un gaz, il convient de le comprimer pour le stocker et le transporter dans un volume pratique. Néanmoins, sa compression est difficile et coûteuse.
- La pile à combustible ne génère certes pas de gaz carboné lors de son fonctionnement, pour autant, le dihydrogène qui l’alimente peut avoir été produit puis transformé via des procédés plus polluants – comme par exemple la séparation du dihydrogène des autres gaz carbonés.
- La production de certaines piles à combustible reste encore onéreuse car elle utilise des matériaux précieux et rares comme le platine.
- Enfin, si un des débouchés majeurs de l’hydrogène concerne le secteur des transports, la France manque encore cruellement d’infrastructures telles que les stations-services. Ces dernières sont pourtant des pré-requis essentiels pour une utilisation confortable des véhicules à pile à combustible.
Malgré ces limites, le dihydrogène n’en demeure pas moins un vecteur d’énergie alternative de choix qui parvient même à en faire rêver certains dans ce qu’on appelle « l’économie hydrogène », c’est-à-dire un futur hypothétique où le dihydrogène deviendrait le principal vecteur d’énergie détrônant ainsi l’électricité. Les progrès techniques et technologiques autour de la filière hydrogène tentent de pallier les limites énoncées. En particulier, il serait intéressant de voir les progrès autour du stockage solide du dihydrogène.
Enfin, comme souvent, les politiques ont un rôle majeur à jouer pour favoriser le développement de la filière. La France doit encore se prononcer sur son engagement en la matière alors même que les États-Unis, le Japon, la Corée ou encore l’Allemagne et le Royaume Uni ont déjà commencé à explorer plus sérieusement le potentiel de cette source d’énergie…
