L’hydrogène est un élément chimique gazeux qui n’émet pas de dioxyde de carbone lorsqu’il est utilisé comme source énergétique et qui présente l’avantage de pouvoir être généré à partir de ressources renouvelables.
Considéré depuis quelques années comme le vecteur énergétique d’avenir, l’hydrogène affiche d’intéressantes perspectives dans le cadre de notre transition énergétique et devrait à terme devenir un véritable outil au service de la lutte contre le réchauffement climatique.
La montée en puissance de l’hydrogène
L’hydrogène est en effet une ressource énergétique dont la part est appelée à augmenter considérablement dans le mix énergétique mondial au cours des années à venir.
D’après un rapport publié l’année dernière par la société de conseil McKinsey, la consommation d’hydrogène pourrait en effet peser jusqu’à 18% de la demande en énergie finale dans le monde d’ici l’horizon 2050.
Cette tendance commence à se dessiner en France. Si pour l’heure la filière hydrogène est relativement calme, le lancement du plan hydrogène du gouvernement pourrait bien changer la donne. Lancé en juin 2018 par l’ancien ministre Nicolas Hulot, ce programme vise à soutenir le développement de l’hydrogène-énergie à hauteur de 100 millions d’euros par an.
L’objectif étant que la France puisse produire au moins 10% de son hydrogène à partir de ressources renouvelables d’ici 2023.
Les initiatives ne manquent pas du côté des industriels du secteur des transports. Alstom, PSA, Michelin, Faurecia… de nombreux groupes ont récemment annoncé se lancer sur le marché de l’hydrogène.
Face aux enjeux de lutte contre le réchauffement climatique, la tendance est identique chez les énergéticiens. En juin dernier, l’électricien français EDF annonce faire son entrée sur le marché de l’hydrogène via une prise de capital de la société McPhy (spécialisée dans la production et le stockage d’hydrogène).
Fournir de l’hydrogène bas carbone…
Soucieux de devenir un acteur incontournable de la révolution hydrogène, l’électricien français a depuis décidé de renforcer cette position.
Le groupe EDF a en effet profité de la Foire d’Hanovre, grande messe mondiale de la technologie industrielle, pour officialiser la création d’une nouvelle filiale dédiée à la fourniture d’hydrogène bas carbone et baptisée Hynamics.
« Accompagner les industriels et les territoires en soutenant leurs projets de décarbonation est un défi que Hynamics entend relever avec une offre de production d’hydrogène sans émission de CO2, multi-usages et performante économiquement. Nous nous concentrerons en particulier sur les marchés de l’industrie et de la mobilité lourde, deux pans de l’économie très émetteurs de CO2, dans une logique partenariale », a précisé Christelle Rouillé, Directrice Générale d’Hynamics.
Issue du fonds d’investissement et incubateur EDF Pulse Croissance, la société Hynamics proposera à ses clients une offre hydrogène faiblement carbonée grâce à l’utilisation de l’électrolyse de l’eau. Ce procédé de production d’hydrogène est en effet particulièrement vertueux lorsque l’électricité utilisée est issue de moyens de production décarbonés (renouvelable, hydroélectricité, nucléaire…).
… au secteur du transport et aux industriels français
Hynamics proposera à ses clients industriels des solutions complètes pour répondre de manière respectueuse de l’environnement à leurs besoins en hydrogène.
Les équipes de cette nouvelle filiale d’EDF se chargeront en effet de l’installation, de l’exploitation et de la maintenance des centrales de production d’hydrogène. EDF investira également dans les infrastructures nécessaires.
Pour les acteurs du secteur des transports, Hynamics se propose de renforcer le Plan de Mobilité Électrique annoncé par EDF en octobre dernier.
La filiale d’EDF contribuera à un maillage efficace des territoires en matière d’infrastructures de recharge en hydrogène (stations-service) destinées aux véhicules électriques lourds ( trains, bus, bennes à ordures ménagères), aux véhicules utilitaires et aux moyens de transport fluviaux.
« La production d’hydrogène sans émission de CO₂ est un facteur clé de la transition écologique. En se dotant d’un nouveau métier, le Groupe valorise les compétences, l’expertise et la capacité d’innovation de ses salariés au service de nos clients. Avec l’ensemble des acteurs, EDF souhaite contribuer à la filière hydrogène française et européenne dans un marché mondial qui constitue une formidable opportunité en terme de croissance et d’emplois », a déclaré Cédric Lewandowski, Directeur Exécutif groupe EDF.
hydrogène décarbonée, certes, mais Merci de récupérer l’Oxygène issue de cette électrolyse car le taux d’oxygène dans l’air est en train de baisser anormalement et nous aurons bientôt tous besoin d’avoir sur nous une petite bouteille d’O2
Très bonnes voies en effet, en plus de l’injection partielle d’hydrogène dans le réseau gaz en substitution de ce dernier (vers plus d’indépendance énergétique), pour le stockage (mines salines etc) et plus d’intégration des renouvelables très compétitives sur le réseau ou encore une gestion plus optimale et à meilleur coût de ce dernier (piles à combustibles) et des variations de consommation et production énergétique là ou le pilotage via le nucléaire n’est pas aussi rapide et a un coût, ce dernier ayant vocation à fonctionner à régime élevé pour amortir ses frais.
A rappeler aussi : Des chercheurs de KU Leuven (Belgique) ont développé un panneau solaire qui produit de l’hydrogène à partir de l’humidité de l’air. Par panneau (1,6 m²), 15% de la lumière du soleil est directement convertie en hydrogène gazeux, ce qui correspond à 250 litres par jour, un record mondial. 20 de ces panneaux pourraient fournir de l’électricité et du chauffage à une famille pendant une année entière.
L’hydrogène produit en été peut être stocké dans un réservoir sous pression souterrain pour les mois d’hiver. Une famille aurait besoin d’environ 4 m3 de stockage. C’est la taille d’un réservoir de mazout classique.
« Nous voulions concevoir quelque chose de durable, abordable et utilisable partout. Nous travaillons avec des matières premières bon marché et n’avons pas besoin de métaux précieux ou d’autres composants coûteux. Avec cette invention, l’avenir de l’énergie verte pourrait être très différent. L’accent sera mis beaucoup moins sur les grandes unités de production que sur la combinaison avec des sources locales plus petites. Des transports d’énergie moins gourmands en énergie seront également nécessaires » précise le Pr. Johan Martens, l’un des scientifiques concepteurs du projet.
https://nieuws.kuleuven.be/en/content/2019/belgian-scientists-crack-the-code-for-affordable-eco-friendly-hydrogen-gas
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A suivre aussi :
Procédé de production d’hydrogène à la demande, à haut rendement, directement sur un véhicule et neutre en C02 (Univ. of Massachusetts Lowell). Il ne stocke pas d’hydrogène gazeux, donc il est sûr et ne pose aucun problème de stockage ou de transport.
Il utilise pour catalyseur du carbonate de cobalt (qui ne change pas et n’est pas consommé, il sert simplement à faciliter la conversion du cobalt-métal en oxyde de cobalt).
L’installation expérimentale est constituée d’une cartouche en inox remplie de cobalt. Une solution de carbonate composée de dioxyde de carbone et d’eau est pompée à travers la cartouche, qui est réchauffée à environ 150 degrés Fahrenheit (65°C). La solution est comprimée à environ trois atmosphères, soit 45 livres par pouce carré, ce qui correspond à peu près à la même pression que dans un pneu de voiture. Des nanostructures facilitent la production d’hydrogène.
Cette conversion produit de l’hydrogène et relâche le dioxyde de carbone. Une fois que l’on arrête l’écoulement de la solution de carbonate ou que l’on relâche la pression dans la chambre de réaction, la production d’hydrogène s’arrête.
L’hydrogène de la cartouche peut aller directement dans la pile à combustible où il est mélangé à l’oxygène de l’atmosphère pour produire de l’électricité et de l’eau. Cette dernière peut ensuite être réinjectée dans le réservoir et mélangée avec le carbonate pour former la solution catalytique. L’électricité produite par la pile à combustible peut alimenter l’ensemble d’un véhicules et de ses fonctions.
Le cobalt métal nanostructuré, qui se présente sous forme de poudre, est stable et relativement sûr à manipuler. Le cobalt n’est pas très coûteux à extraire ou à produire synthétiquement. Il est largement utilisé dans l’acier et d’autres alliages ainsi que dans les aimants, les batteries, la galvanoplastie, le verre et la céramique.
Une fois que le cobalt métal contenu dans la cartouche est épuisé – c’est-à-dire converti en oxyde de cobalt – le conducteur peut remplacer la cartouche par une nouvelle tous les 300 à 400 milles (env. 480 à 650 km). Le cobalt contenu dans l’ancienne cartouche peut alors être régénéré à l’aide d’une source d’énergie renouvelable sans émissions.
Au lieu d’aller dans une station-service faire le plein, il est ainsi possible de se procurer autant de cartouches que nécessaire.
La technologie de l’hydrogène catalytique de l’équipe a été découverte par hasard au cours d’un autre projet de recherche : l’utilisation du cobalt comme catalyseur pour convertir le dioxyde de carbone de l’atmosphère en combustibles hydrocarbonés neutres.
L’objectif des chercheurs est de créer un cycle renouvelable – on brûle des hydrocarbures comme combustible et le dioxyde de carbone produit par la combustion est reconverti en hydrocarbures. Cette technologie utilise du cobalt nanostructuré et de l’énergie solaire dans un procédé photocatalytique pour produire des hydrocarbures à partir du dioxyde de carbone.
https://www.uml.edu/News/stories/2019/Ryan-catalytic-hydrogen-technology.aspx
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A : électrolyse de l’eau
Rendement électrolyse : 4,5 kWh d’électricité pour produire 90 g de H2 ( soit 1Nm3 )
Consommation électrique du compresseur 700 bar 0,5 kWh par m3
Rendement pile à combustible 60 g de H2 pour produire 1 kWh
Donc l’ensemble restitue 1,5 kWh pour 5 kWh consommés, soit pour 1 kWh restitué pour 3,33 kWh consommés
Zoé moteur 68 kW consomme 12,17 kWh/100 km, avec un rendement de 85% pour le chargeur on consomme 15 kWh/100km , avec une pile à combustible + électrolyse la consommation totale est de 42 kWh/100km
B : vaporéformage du méthane : CH4 + H2O + énergie = 4 H2 + CO2
1 kg de CH4 + 0,3 kWh d’électricité produisent 0,250kg de H2 + 2,3kg de CO2
Rendement pile à combustible 60 g de H2 pour produire 1 kWh
Calcul consommation électrique pour produire l’hydrogène: 1500kWh par heure de fonctionnement avec une production de 5,4 t de H2, soit 0,3 kWh par kg.
Donc 1 kg de CH4 ( soit 1,5 m3) produit en sortie de pile à combustible 4,2 kWh
Pour donner une échelle de grandeur un véhicule au GNR , type Kangoo, consomme 4kg de gaz pour 100km le même modèle à propulsion électrique consomme 20kWh pour 100km