Quèsaco l’énergie hydrogène ?

Face aux défis environnementaux et énergétiques, l’hydrogène représente une alternative propre aux ressources fossiles. Doan Pham Minh, chimiste et spécialiste du génie de l’environnement à IMT Mines Albi, nous explique pourquoi cette énergie est prometteuse, son fonctionnement, et ses perspectives de développement.

Pourquoi l’hydrogène est-il si intéressant ?

Doan Pham Minh : Si l’énergie hydrogène intéresse autant en ce moment, c’est parce que les formes d’énergie à base de carbone posent des problèmes de pollution. Elles émettent des particules fines, des gaz toxiques, et des composés organiques volatils imbrulés. Cela pose des problèmes sociétaux et environnementaux auxquels il faut trouver des solutions. L’hydrogène offre des solutions car son utilisation n’émet aucun polluant. En fait, l’hydrogène réagit avec l’oxygène pour « produire » de l’énergie sous forme de chaleur ou d’électricité. Le seul sous-produit formé lors de cette réaction est de l’eau. C’est donc une énergie propre.

L’énergie hydrogène est-elle « verte » ?

DPM : Si elle est propre, elle n’est pas « verte » pour autant. Tout va dépendre de comment est formée la molécule de dihydrogène. À environ 96 % aujourd’hui, l’hydrogène est produit à partir de matières premières fossiles, comme du gaz naturel ou des fractions d’hydrocarbures issues de la pétrochimie. Dans ce cas, il est clair que cet hydrogène n’est pas « vert ». Pour les 4 % restant, l’hydrogène est produit par électrolyse de l’eau. C’est la réaction inverse de la combustion d’hydrogène par l’oxygène : on sépare l’eau en oxygène et en hydrogène en consommant de l’électricité. Cette dernière peut être produite par des centrales nucléaires, par des centrales à charbon ou par des énergies renouvelables — biomasse, solaire, hydraulique, éolien… Selon l’origine, l’empreinte environnementale de la production d’hydrogène par électrolyse sera plus ou moins importante.

Comment produire de l’hydrogène à partir de biomasse ?

DPM : Au niveau de la chimie, c’est assez similaire à la production d’hydrogène à partir de pétrole. La biomasse est aussi constituée de molécules d’hydrocarbures, mais avec un peu plus d’oxygène. À IMT Mines Albi, nous travaillons beaucoup sur la thermo-conversion. La biomasse, c’est-à-dire le bois, les déchets de bois, les résidus agricoles, etc. est chauffée en absence d’oxygène, ou en atmosphère pauvre en oxygène. La biomasse est alors fractionnée en petites molécules et produit essentiellement du monoxyde de carbone et du dihydrogène. La biomasse peut être également transformée en biogaz par la digestion anaérobique effectuée par des microorganismes. Ce biogaz peut être ensuite transformé en mélange de monoxyde de carbone et du dihydrogène. Une étape de reformage supplémentaire permet de transformer le monoxyde de carbone par la vapeur d’eau en dioxyde de carbone et hydrogène. Nous travaillons avec des partenaires industriels comme Veolia pour valoriser le CO₂ et éviter de relâcher un gaz à effet de serre. Il peut par exemple être utilisé pour fabriquer du bicarbonate de sodium qui permet de neutraliser les gaz acides et toxiques issus des incinérateurs industriels. La production d’hydrogène à partir de biomasse est donc très propre également, ce qui rend la technique prometteuse.

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Pourquoi dit-on que l’hydrogène permet de stocker l’électricité ?

DPM : Le stockage de l’électricité est difficile. Il faut des piles ou des batteries complexes à déployer à grande échelle. Une bonne stratégie est donc de transformer l’électricité en une autre énergie qui est elle-même plus facile à stocker. En réalisant l’électrolyse de l’eau, l’énergie électrique sert à produire des molécules de dihydrogène. Cet hydrogène peut être comprimé, transporté, stocké et distribué facilement, avant d’être réutilisé pour produire de la chaleur ou de l’électricité. C’est une voie de stockage compétitive par rapport à des stockages mécaniques ou cinétiques comme les barrages ou les volants d’inertie.

Pourquoi l’énergie hydrogène met-elle autant de temps à se développer ?

DPM : C’est d’abord une question de volonté à mon sens. Il y a de très grandes différences entre les pays. Le Japon est par exemple très avancé dans l’adoption de l’énergie hydrogène. La Corée du Sud, les États-Unis et la Chine ont également mis des moyens sur les technologies hydrogène. Dans les autres pays, les choses commencent à changer. En France, il y a désormais le plan hydrogène lancé par Nicolas Hulot en juin dernier. Cela reste nouveau cependant, et il faut le temps que les infrastructures se déploient. Nous n’avons encore que 20-25 stations-services à hydrogène sur le territoire. C’est très peu. Les véhicules à hydrogène coûtent chers encore : il faut compter maintenant 78 000 € pour une berline Mirai de Toyota, ou environ 620 000 € pour un bus à hydrogène. Ces prix sont donc beaucoup plus chers que des véhicules équivalents utilisant des moteurs à diesel ou essence. Mais ces prix devraient baisser dans les années à venir car le nombre de véhicules à hydrogène vendus est encore très limité. Il faut des programmes d’investissements et cela prend du temps à mettre en place.