Introduction aux technologies de l'hydrogène Par Laurent Jammes

Publié par Pauline Ducoulombier, le 22 février 2019   120

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Le 29 novembre 2018, Le Dôme organisait l’atelier “Envisager l’hydrogène sur son territoire en tant qu’élu” dans le cadre du programme “TÉTHYS”. Laurent Jammes, Directeur général de la société Actys-BEE est intervenu à cette occasion pour proposer une introduction aux technologies de l’hydrogène aux participants. Voici le résumé de son intervention.

De nombreux territoires s’engagent actuellement dans la transition énergétique, avec pour objectif de consommer moins, d’être plus efficace et plus respectueux de l'environnement. Des changements structurels sont en cours dans tous les secteurs liés à l’énergie (production, transport et distribution) et les différents postes de consommation (industrie, résidentiel, transport).

L'hydrogène peut jouer un rôle clé dans cette transition. Comme le charbon, le pétrole ou le gaz, l’hydrogène est un vecteur énergétique, et il peut être utilisé pour les mêmes applications. De plus, il présente l’avantage de ne pas contenir de carbone : son utilisation se fait donc sans émission de CO2. Il a de plus une densité énergétique par unité de masse très élevée.

C’EST QUOI L’HYDROGÈNE ?

L'hydrogène peut être utilisé de multiples façons pour rendre plus performant les systèmes énergétiques des territoires. L’hydrogène est un moyen de stocker l'énergie, permettant de favoriser l’intégration des renouvelables comme le solaire ou l’éolien dont la production est intermittente. Il peut être utilisé pour produire la chaleur et l’électricité que nous consommons pour chauffer les bâtiments ou nous éclairer. Il peut servir à alimenter les véhicules électriques pour une mobilité propre. L’hydrogène est aussi une matière première pour la production de carburant synthétique ou de produits chimiques. Enfin, l'hydrogène peut servir de pont entre les différents réseaux d'énergie (électricité, gaz et chaleur), par le biais de différentes voies technologiques combinant électrolyseurs, piles à combustible, unités de méthanation, ouvrant la voie à une optimisation techno-économique et environnementale globale du système énergétique d’un territoire.

Aujourd'hui, l'hydrogène est principalement produit à partir de combustibles fossiles (charbon ou gaz), et est essentiellement utilisé dans l'industrie, par exemple pour le raffinage du pétrole ou la production de produits chimiques. La production d’hydrogène à partir de combustibles fossiles est associée à des émissions de CO2, que l’on peut néanmoins capter pour éviter de les relâcher dans l’atmosphère. Une faible production (5%) se fait par électrolyse de l'eau. Dans ce cas, Les émissions de CO2 associées à la production d'hydrogène sont uniquement celles provenant de la production de l'électricité.

Une fois produit, l'hydrogène peut être stocké et transporté sous différentes formes : sous forme de gaz comprimé par exemple dans des bouteilles ; sous forme liquide en conditions cryogéniques (- 253 °C) ou associé à une autre molécule (LOHC), ou sous forme solide (hydrures métalliques…). À l'avenir, d'importants volumes d'hydrogène pourraient également être stockés sous terre dans des cavités saline, en réserve pour gérer les différences de consommation d’une saison à l’autre, comme on le fait communément pour le gaz naturel.

À QUOI SERT L’HYDROGÈNE ?

Dans le domaine des transports, l'hydrogène permet de s’affranchir des deux principales contraintes des véhicules électriques équipés seulement de batteries : une autonomie limitée et un temps de recharge des batteries assez long. Une pile à combustible et un réservoir d’hydrogène permettent de prolonger l’autonomie des véhicules électriques, et le plein d’hydrogène se fait en quelque minutes. On peut garder ou non la possibilité de recharger la batterie par une alimentation électrique extérieure, on parle dans le premier cas de « véhicule à prolongateur d’autonomie », dans le deuxième de « voitures tout hydrogène ». Des chariots élévateurs, des véhicules utilitaires, des berlines, des autobus et même des trains utilisant l’hydrogène sont actuellement déployés dans diverses parties du monde (Europe, Japon, États-Unis). Les fabricants travaillent sur l’extension de leurs offres pour proposer des camions de différents tonnages, des tracteurs…

Des piles à combustible stationnaires à hydrogène peuvent également être utilisées pour la production d'électricité et de chaleur, dans les secteurs résidentiel et commercial. Ces technologies sont en service depuis quelques années dans la ville de Kitakyūshū, au Japon, qui a reçu pour l’occasion le nom de ville hydrogène. Les piles à combustible équipent des maisons individuelles et des bâtiments de plus grande taille (musée, club house). Elles sont parfois couplées à une machine thermique pour produire aussi du froid.

Enfin, l'hydrogène peut être utilisé comme matière première pour la fabrication de produits chimiques (méthanol) ou de carburants synthétiques (méthane synthétique), par exemple par le processus d'hydrogénation du CO2. Cette dernière voie peut contribuer à limiter les émissions de CO2et à le valoriser.

Toutes ces technologies de l'hydrogène peuvent être regroupées dans un écosystème local (à l’exemple de la ville hydrogène de Kitakyūshū, de l’aéroport de Berlin ou des « territoires hydrogène » français…) afin de capitaliser sur leurs complémentarités, de développer des synergies, et accroître ainsi les performances globales du système énergétique local. On parle alors de l’« économie de l’hydrogène » et de « réseaux multi-énergies intelligents », pilotés et optimisés grâce aux nouvelles technologies du numérique. Ces nouvelles technologies permettent d’engager les territoires dans une croissance économique locale « verte ».

L’économie de l’hydrogène est-elle un mythe ou une réalité à venir ? De toute évidence, les avantages que pourrait apporter une utilisation massive et généralisée de l’hydrogène demandent encore à être démontrés, et de nombreux problèmes doivent être résolus : la compétitivité de ces filières dont les coûts sont encore élevés, le financement du déploiement des infrastructures de transport et de distribution. Mais le potentiel est là, et de nombreuses activités de démonstration préparent actuellement un vaste déploiement des technologies de l'hydrogène, en France et à l’international.

>> Lien Introduction économie hydrogène - Laurent Jammes - ACTYS BEE <<

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Crédits : Nicolás Damián Visceglio (Pixabay, Licence CC).