L'Hydrogène, vecteur d'énergie idéal
Production
La production actuelle d'hydrogène est de 50 millions de tonnes par an (soit 500 milliards de m3), principalement pour la production d’ammoniac et le raffinage (mais aussi l’industrie du chlore, l’industrie alimentaire, pharma …). A titre indicatif, cette quantité permettrait de faire fonctionner 300 millions de véhicules moyens équipés d'une pile à combustible (PAC) à raison de 15000 km/an !
Il existe plusieurs méthodes de production de l'hydrogène:
- par vaporeformage du méthane contenu dans le gaz naturel (méthode la plus répandue): Le bilan énergétique n'est pas très bon et c'est un process qui génère du CO2. En revanche, c'est le plus économique (il faudra tout de même à terme ajouter le cout de la séquestration du CO2)
- par oxydation partielle d'un hydrocarbure
- par gazeification du charbon (méthode qui n'est plus utilisée qu'en Afrique du Sud et en Chine)
- par électrolyse de l'eau (environ 4% de la production): cette méthode est très écologique (décomposition de la molécule d'eau en H2 et O2 par circulation d'un courant électrique) pourvu que l'énergie électrique nécessaire soit elle même produite écologiquement. Le rendement de l'électrolyse est de l'ordre de 65-70% à ce jour. On pense pouvoir atteindre à terme des rendements de l'ordre de 80-85%. Le cout de production d'hydrogène par électrolyse est donc presque exclusivement lié au cout de l'électricité, dont il faut de grandes quantités (pour produire une tonne d'hydrogène par électrolyse, il faut environ 50 MWh). L'inconvénient de cette méthode est le cout de production de l'hydrogène. Au cours actuel de l'électricité à usage industriel, le cout de production serait en effet de plus 3€/kg HT. Ce prix relativement élevé (auquel il faut ajouter les coûts de livraison, de distribution, les taxes éventuelles) est malgré tout à relativiser car un véhicule moyen utilise 1kg d'H2 pour faire 100 km.
Ce process trouve naturellement sa place en association avec les énergies renouvelables (solaire, éolien) en tant que moyen de stockage de l'électricité sous forme d'H2. C'est le couplage EnR / H2.
La France a lancé une plate-forme technologique solaire / hydrogène sur le site de Vignola - Corse-du-Sud. La puissance produite par les cellules photovoltaiques est de 3,5 MW. La pile à combustible associée aura une puissance de 100 à 200 kW - 32 millions d'€ seront investis entre 2007 et 2013
Les voies d’avenir
- Le nucleaire: Ce sont les centrales nucléaires de 4ème génération qui permettront, du fait de leur température de fonctionnement plus élevée de produire de l'hydrogène avec un rendement de l'ordre de 50%. Cette technologie devrait être disponible vers 2030-2040.
Les centrales exploitant la fusion nucléaire (projet ITER), ne devraient voir le jour qu'à la fin du siècle au mieux.
- Le procédé photobiologique: certains microbes photosynthétiques produisent, au cours d'activités métaboliques, de l'hydrogène à partir de l'énergie solaire. Plusieurs laboratoires et universités (le célèbre MIT - Massachusetts Institute of Technology) travaillent à optimiser cette réaction.
- La photoélectrolyse: cellule photoélectrochimique qui, immergée dans l'eau, produit des bulles d'H2 et O2
La production "in situ"
Une solution intéressante qui permettrait de démarrer la production à grande échelle de PAC consiste à produire l'hydrogène à partir d'un hydrocarbure par exemple (essence, gazole, bioéthanol, gaz naturel ...) par reformage dans une unité de petite taille située à côté de la PAC et produisant l'hydrogène au fur et à mesure des besoins.
Ces petites unités de reformage et de purification de l'hydrogène existent et sont commercialement disponibles (exemple : Nuvera, USA-Italie ou N-Ghy, France)
Le rendement global du système de propulsion électrique - Fuel Reformer + Fuel Cell + moteur électrique - est compétitif avec celui du moteur à explosion + chaine cinématique de transmission. La production de CO2 et surtout de polluants (CO, Nox, particules ...) est comparable voire favorable à la solution électrique.