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L'hydrogène

Bien qu'on le trouve en abondance dans l'univers, l'hydrogène est un gaz qui est généralement combiné avec d'autres atomes : on le trouve notamment dans l'eau, le pétrole ou le gaz naturel. L’hydrogène est considéré comme un vecteur énergétique (qui transporte de l'énergie) et aujourd'hui il est produit à partir d’une source d’énergie. Il est utilisé essentiellement dans la chimie, le raffinage ou l’industrie. Mais à l’heure des préoccupations environnementales, l’hydrogène pourrait bien, à terme, jouer un rôle prépondérant dans le paysage énergétique futur.

l'hydrogène dans l'eau

+ Chimie et hydrogène
+ Comment le produit-on ?
+ Son transport et sa distribution
+ Son utilisation aujourd’hui
+ Son utilisation demain ?
+ Les avantages de l'hydrogène

Chimie et hydrogène
Chimie et hydrogène

La molécule d'hydrogène, composée de deux atomes d'hydrogène, est particulièrement énergétique : 1 kg d'hydrogène libère environ trois fois plus d'énergie qu'1 kg d'essence. En revanche, l’hydrogène occupe, à poids égal, beaucoup plus de volume que tout autre gaz. Ainsi pour produire autant d'énergie qu'1 litre d'essence, il faut 4,6 litres d'hydrogène comprimé à 700 bars (700 fois la pression atmosphérique).
Chaque molécule d'eau est le fruit de la combinaison entre 1 atome d'oxygène et 2 atomes d'hydrogène. On trouve aussi de l'hydrogène dans les hydrocarbures (pétrole et gaz) qui sont issus de la combinaison d'atomes de carbone et d'hydrogène.

Comment le produit-on ?
Production de l'hydrogène

Il faut disposer d’une source d’hydrogène (hydrocarbures ou eau) et d’une source d’énergie.
Le gaz naturel est par exemple à la fois source d’hydrogène et source d’énergie. Dans ce cas, la technique de production la plus répandue est le reformage du gaz naturel à la vapeur d'eau.
Dans le cas de la production d’hydrogène par électrolyse de l’eau, la source d’hydrogène est l’eau et la source d’énergie l’électricité. La production par électrolyse de l'eau est moins répandue car nettement plus coûteuse.
On envisage aussi de produire l'hydrogène à partir de sources d'énergie renouvelables ou nucléaire mais la filière n'est pas encore économiquement rentable.
Aujourd'hui 96 % de l'hydrogène est produit à partir d’énergie fossile (pétrole, gaz naturel et charbon), solution la plus rentable.

Origines de l'hydrogène

Son transport et sa distribution

L’hydrogène est très léger, ce qui est un handicap pour son stockage et son transport. On utilise en général des bouteilles ou des pipelines dans lesquels il voyage sous forme comprimée. La forme liquide (à - 253°) est beaucoup plus coûteuse. Le pipeline est le moyen le plus utilisé, avec un réseau de plus de 2 500 km dans le monde, dont 1 500 en Europe et 900 aux Etats-Unis.

Son utilisation aujourd’hui
L'hydrogène : son utilisation aujourd'hui

La consommation mondiale d’hydrogène est aujourd’hui de 56,6 millions de tonnes, représentant moins de 2  % de la consommation mondiale d’énergie.
Il est notamment utilisé comme matière de base pour la production d’ammoniac et de méthanol ,et pour le raffinage des produits pétroliers, carburants et biocarburants.

Son utilisation demain ?

Associé aux piles à combustible, l’hydrogène pourrait être utilisé beaucoup plus largement à l’avenir comme vecteur d’énergie pour les transports et la production d’électricité. Certains voient même dans cette évolution une révolution aussi importante que celle provoquée par l’utilisation du charbon au début de l’ère industrielle. Les pouvoirs publics, particulièrement aux Etats-Unis, placent de grands espoirs dans cet usage étendu de l’hydrogène. Toutefois, des investissements très importants seront nécessaires, tant pour sa production que pour sa distribution et son utilisation. Les premiers domaines d’application de l’utilisation de l’hydrogène dans une pile à combustible devraient être la production d’électricité et le stockage d’énergie pour appareils portables (téléphones et ordinateurs).

Les avantages de l'hydrogène
Les avantages de l'hydrogène

Les bénéfices d’une utilisation étendue de l’hydrogène, en particulier dans le domaine des transports, pourraient être réels :

- Pas d'émissions de gaz à effet de serre ni de polluants lorsqu'il est issu de sources renouvelables, sa consommation ne provoquant que de la vapeur d'eau.
Pour l'hydrogène produit à partir d'énergies fossiles, solution la plus économique aujourd'hui, il faut régler le problème du gaz carbonique (CO 2) dégagé en quantité importante lors de sa production, sous peine d'annuler l'un de ses principaux atouts. Cette étape pourrait passer par un système de stockage souterrain du CO 2 sur lequel chercheurs et industriels se penchent activement. Même avec le stockage du CO 2, cette filière resterait la plus économique des filières de production d'hydrogène.

- Renforcement de l'indépendance énergétique dans le cas de l'hydrogène produit à partir de sources d'énergie renouvelables et du nucléaire.

 

Liens utiles :

>> Association Française de l’Hydrogène
>> CEA (Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives)
>> Connaissance des énergies 
>> DOE (US Department Of Energy)

En savoir plus...
Liste de liens externes

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Sur la chaîne YouTube IFPEN

Interview consacrée à l'hydrogène :
  
   >> 1ère partie

Chiffres clés

1 kg
d'hydrogène contient autant d’énergie que 2,1 kg de gaz naturel ou 2,8 kg d’essence. C’est le combustible qui a le plus fort ratio énergie/masse.

- 252,77 °C
c'est le point d’ébullition de l'hydrogène.

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