Qu’est-ce que l’énergie hydrogène et comment l’énergie hydrogène est-elle convertie en électricité ?

De tous les éléments présents dans l’univers, l’hydrogène est le plus abondant. L’hydrogène gazeux possède des caractéristiques remarquables, notamment le fait d’être incolore, insipide et invisible, qui font qu’il est très recherché. Il peut également être transformé en une ressource énergétique renouvelable, non polluante et sans émission. Il est considéré comme la pierre angulaire de la nouvelle économie énergétique. La recherche de l’énergie hydrogène a commencé en 1776 par le scientifique britannique Henry Cavendish.

Il l’a identifié pour la première fois comme un élément distinct après avoir produit de l’hydrogène gazeux en soumettant du zinc à de l’acide chlorhydrique. Henry Cavendish a fait une autre découverte remarquable lors d’une démonstration à la Société royale de Londres, lorsqu’il a introduit une étincelle dans le gaz hydrogène, produisant ainsi de l’eau. Cette découverte historique lui a permis de conclure que l’eau (H2O) est composée d’hydrogène et d’oxygène. Depuis lors, la technologie de l’hydrogène s’est développée à pas de géant et, aujourd’hui, elle est utilisée comme source d’énergie pour alimenter les voitures, les systèmes électriques et la production d’eau pure.

L’hydrogène est l’élément le plus simple et le plus abondant de l’univers. Il n’existe pas à l’état naturel. Bien qu’il existe pratiquement partout – dans l’air, dans l’espace, dans le sol – il est rarement seul. Il est possible de l’obtenir en combinaison avec d’autres éléments tels que l’eau. L’eau est composée d’hydrogène et d’oxygène. Cela signifie qu’elle est généralement combinée à un autre élément, d’où la nécessité de l’extraire et de la convertir pour en faire une source d’énergie utilisable. L’hydrogène est également présent dans de nombreux composés organiques, par exemple les hydrocarbures qui donnent des carburants tels que le gaz naturel, l’essence, le propane et le méthanol. Le plus grand défi de l’exploitation de l’hydrogène est de le récolter sous sa forme la plus pure.

La chimie de l’hydrogène est très simple : un seul atome est constitué d’un proton et d’un électron. Sous forme gazeuse, il peut être brûlé comme combustible. Il peut être stocké dans des piles électriques qui génèrent de l’énergie explosive et propulsent des fusées et des vaisseaux spatiaux. Il est volatil et combustible, et très, très puissant.

L’hydrogène peut être stocké sous forme de gaz cryogénique (congelé) ou dans des conteneurs d’air comprimé. Il faut beaucoup d’espace pour stocker de grandes quantités d’hydrogène. En effet, les molécules sont très éloignées les unes des autres et le gaz est léger, ce qui le rend très étalé. Pour contenir la même quantité d’hydrogène dans une bouteille que l’essence, par exemple, il faut un conteneur beaucoup plus lourd.

Comment l’énergie de l’hydrogène est-elle convertie en électricité ?

L’hydrogène est un combustible coûteux et complexe à produire, car il doit être séparé de l’élément auquel il est lié. Il faut souvent beaucoup d’énergie pour produire de l’hydrogène, ce qui en fait une source d’énergie coûteuse. Il existe plusieurs façons de séparer l’hydrogène des éléments qui l’accompagnent.

Avant d’examiner comment l’hydrogène est converti en électricité, il serait utile de savoir comment l’hydrogène est produit. L’hydrogène est produit selon deux méthodes principales : le reformage à la vapeur et l’électrolyse (communément appelée séparation de l’eau).

Reformage à la vapeur

Cette méthode permet de produire de l’hydrogène à partir de combustibles hydrocarbonés tels que le méthane, le pétrole, les combustibles liquides renouvelables, la biomasse gazéifiée, le charbon gazéifié et le gaz naturel. Un dispositif de traitement appelé reformeur est utilisé dans ce processus de production d’hydrogène. Le reformeur fait réagir la vapeur avec les combustibles hydrocarbonés à des températures extrêmement élevées pour générer de l’hydrogène. Aujourd’hui, plus de 90 % de l’hydrogène gazeux est produit à l’aide de la technique du reformage à la vapeur.

Électrolyse

L’électrolyse est une méthode qui utilise le courant continu pour provoquer une réaction chimique. Pour produire de l’hydrogène, l’électrolyse décompose l’eau et la divise en ses principaux éléments, à savoir l’hydrogène et l’oxygène, au moyen d’un courant électrique. L’électricité utilisée dans le processus d’électrolyse peut être dérivée de combustibles fossiles tels que le pétrole, le gaz naturel, le charbon ou les hydrocarbures.

Conversion de l’hydrogène en électricité

La manière la plus efficace de convertir l’hydrogène en oxygène est d’utiliser une pile à combustible. Une pile à combustible convertit l’énergie chimique en énergie électrique. Une pile à combustible permet à l’hydrogène et à l’oxygène de se mélanger dans une réaction électrochimique. Il en résulte une production d’électricité, d’eau et de chaleur. Les piles à combustible imitent les batteries puisqu’elles convertissent toutes deux l’énergie générée par la réaction électrochimique en énergie électrique utile. Néanmoins, la pile à combustible produira de l’énergie électrique tant que le combustible, principalement de l’hydrogène, sera disponible.

Les piles à combustible représentent une technologie potentielle pour l’utilisation d’une source d’électricité et de chaleur dans les bâtiments. C’est également une source d’énergie prometteuse pour les véhicules électriques et hybrides. Les piles à combustible fonctionnent mieux avec de l’hydrogène pur. Toutefois, d’autres combustibles tels que l’essence, le méthanol ou le gaz naturel peuvent être reformés pour produire l’hydrogène nécessaire aux piles à combustible.

La technologie évoluant rapidement, l’hydrogène pourrait devenir un vecteur d’énergie vital au même titre que l’électricité. Un vecteur énergétique transmet l’énergie au client sous une forme prête à l’emploi. Certaines sources d’énergie renouvelables, comme le vent et le soleil, ne sont peut-être pas en mesure de produire de l’énergie 24 heures sur 24, mais elles peuvent produire de l’hydrogène et de l’électricité et les stocker en vue d’une utilisation ultérieure.

Avantages de l’énergie hydrogène

• Écologique

Il est difficile de trouver une source de carburant qui mérite le titre de non toxique. L’hydrogène est une forme de carburant non toxique car il ne libère pas de gaz nocifs dans l’environnement. Certaines sources d’énergie comme l’essence, le charbon, le pétrole et l’énergie nucléaire sont toxiques et se trouvent dans des zones où l’environnement est dangereux. En fait, lorsque l’hydrogène est brûlé, le seul sous-produit est la vapeur d’eau, qui n’est pas toxique. L’hydrogène étant respectueux de la nature, il peut être utilisé dans des endroits où d’autres formes de carburant ne peuvent pas fonctionner.

• C’est une source d’énergie renouvelable

L’hydrogène est abondant pratiquement partout, ce qui signifie qu’il s’agit d’une source d’énergie inépuisable. D’autres sources d’énergie telles que le pétrole, le gaz naturel et le charbon sont considérées comme non renouvelables, ce qui signifie qu’elles seront épuisées à un moment ou à un autre. L’hydrogène est une source d’énergie qui peut être produite à la demande.

• Il est puissant et efficace

Les méthodes utilisées pour produire de l’hydrogène constituent une source d’énergie puissante et efficace. La puissance et l’efficacité de l’hydrogène sont les raisons pour lesquelles il est utilisé dans les fusées et les vaisseaux spatiaux. Il est également préféré dans les vaisseaux spatiaux parce qu’il ne produit pas de gaz à effet de serre. Selon les statistiques, l’hydrogène est trois fois plus puissant que l’essence et les autres sources d’énergie fossiles, ce qui signifie qu’il permet de faire plus avec moins.

• Il a une application vitale dans l’industrie pétrolière et gazière

L’hydrogène est utilisé pour transformer le pétrole brut en carburants raffinés tels que le diesel et l’essence. L’hydrogène est également utilisé pour éliminer les contaminants tels que le soufre de ces carburants. D’autres industries utilisent également l’hydrogène comme carburant, par exemple la production chimique, l’industrie alimentaire, le raffinage des métaux et la fabrication d’appareils électroniques.

Les inconvénients de l’énergie hydrogène

• Il est difficile de la stocker

L’énergie hydrogène n’a pas encore été pleinement explorée, de sorte que les infrastructures de stockage et de soutien n’ont pas été énormément développées. Les molécules d’hydrogène sont minuscules, ce qui rend l’hydrogène plus sensible aux fuites. Cela signifie qu’il doit être stocké à haute pression pour lui donner une densité énergétique suffisante. Sous sa forme naturelle, l’hydrogène est volatil et hautement inflammable, ce qui rend son transport beaucoup plus difficile.

• Il est relativement cher

Malgré le fait que l’hydrogène soit facilement disponible, le processus d’extraction tel que l’électrolyse est extrêmement coûteux. La principale raison en est qu’il est difficile de séparer les éléments de base que sont l’hydrogène et l’oxygène. Même si les piles à hydrogène sont de plus en plus utilisées dans les voitures hybrides, elles ne sont pas à la portée de tout le monde. Les scientifiques travaillent à la découverte de technologies qui pourraient rendre l’exploitation de l’hydrogène beaucoup plus facile, mais en attendant, le prix restera élevé.

• Il dépend toujours des combustibles fossiles

C’est un fait que l’hydrogène est une ressource renouvelable et qu’il n’a pas d’impact sur l’environnement. Cependant, la séparation des composants de l’hydrogène au cours du processus de production dépend toujours de combustibles fossiles tels que le pétrole, le charbon et le gaz naturel. Les combustibles fossiles contribuent fortement à l’émission de gaz à effet de serre.

• Il est volatil et hautement inflammable

La volatilité de l’hydrogène et son caractère hautement inflammable font qu’il est difficile de le transporter jusqu’au consommateur final. La caractéristique unique qui le rend difficile à stocker le rend également difficile à transporter. L’hydrogène est principalement transporté sur le marché par des pipelines ou des camions-citernes. Les camions-citernes livrent l’hydrogène sur le marché à l’état liquéfié ou comprimé. Ce processus entraîne des fuites d’hydrogène.

Bien que l’hydrogène ne soit pas largement utilisé en raison de son prix élevé et de son manque de praticité dû à l’absence d’infrastructures, les chercheurs prévoient qu’il rattrapera l’électricité en tant que vecteur énergétique. En effet, l’hydrogène est issu de sources d’énergie renouvelables et n’est pratiquement pas polluant. Son absence d’émissions en fait un carburant idéal pour les avions, le chauffage des habitations et une source de carburant pour les véhicules à émissions nulles.