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1 - FILIÈRES EXPLOITÉES OU DIRECTEMENT EXPLOITABLES

2 - FILIÈRES EN RECHERCHE ET DÉVELOPPEMENT

3 - PURIFICATION

4 - IMPACT SUR L'ENVIRONNEMENT

| Réf : BE8565 v2

Filières exploitées ou directement exploitables
Combustible hydrogène - Production

Auteur(s) : Moussa DICKO, Farida DARKRIM-LAMARI, Pierre MALBRUNOT

Date de publication : 10 oct. 2013

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RÉSUMÉ

L'hydrogène est un combustible qui n'émet aucun gaz à effet de serre. Il peut être produit en dissociant l'eau par électrolyse ou par thermochimie à haute température. D'autres possibilités existent à partir d'hydrocarbures, d'alcools ou de biomasse, ce sont le reformage, l'oxydation partielle et la gazéification. Le CO2 émis par ces méthodes peut être capté et stocké. L'hydrogène obtenu par dissociation de l'eau est «vert» si l'énergie nécessaire est d'origine renouvelable, il devient alors un auxiliaire de ce type d'énergie qu'il permet de stocker.

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ABSTRACT

Hydrogen fuel - Production

Hydrogen is a zero greenhouse gas emission fuel. It can be produced by dissociating water by electrolysis or by high-temperature thermochemistry. Other possibilities exist from hydrocarbons, alcohols or biomass: reforming, partial oxidation and gasification. The CO2 emitted by these methods can be captured and stored. The hydrogen produced by the dissociation of water is "green" if the energy used is renewable; it then becomes an auxiliary of this type of energy that it allows for storing.

Auteur(s)

  • Moussa DICKO : Maître de conférences à l'Université Paris 13 Sorbonne Paris Cité - Laboratoire des sciences des procédés et des matériaux (LSPM, CNRS UPR 3407) - Docteur mines Paris Tech - Ingénieur ENSIACET

  • Farida DARKRIM-LAMARI : Chargée de recherche au CNRS - Laboratoire des sciences des procédés et des matériaux (LSPM, CNRS UPR 3407) - Docteur Université Paris 13 Sorbonne Paris Cité

  • Pierre MALBRUNOT : Conseiller scientifique auprès de l'Association française pour l'hydrogène et les piles à combustible (AFHYPAC) -

INTRODUCTION

Au XIXe siècle, l'avènement de la machine à vapeur a permis un remarquable développement des transports et de l'industrie. Cette vapeur capable de fournir directement de l'énergie mécanique mais qui n'existe pas comme telle dans la nature – il faut la produire en chauffant de l'eau – était en quelque sorte le premier vecteur énergétique. Puis, à la fin de ce même siècle, tout s'est encore accéléré lorsque sont apparus le moteur à explosion et l'électricité. Le premier permettait d'obtenir de l'énergie mécanique à partir des carburants liquides issus du pétrole présent dans la nature. La seconde, due aux propriétés des constituants de la matière, était un nouveau vecteur énergétique aux possibilités quasi infinies et dont nous connaissons de nos jours, par l'électronique et ses applications, les prolongements les plus évolués et les plus prometteurs. C'est ainsi qu'au XXe siècle, il ne fut pas d'activité humaine qui n'ait pas été bouleversée par les retombées de ces deux révolutions techniques. Le monde est alors entré dans « l'ère industrielle » assortie de la « civilisation de l'automobile », l'une et l'autre à l'origine de profondes transformations économiques et sociales. Mais pour alimenter l'extraordinaire développement qui s'en est suivi, il a fallu – et il faut toujours – de plus en plus d'énergie, c'est pourquoi les ressources de notre planète ont été exploitées sans limite : houille, pétrole, gaz naturel, hydraulique et énergie provenant de la fission de combustibles nucléaires. Aujourd'hui, nous en mesurons les conséquences, elles sont à la hauteur de cette démesure : risque d'épuisement des ressources fossiles, accumulation de déchets nucléaires, pollution atmosphérique menaçant la santé publique et effet de serre additionnel qui contribue au réchauffement de la planète. Et pourtant, cette évolution dévoreuse d'énergie se poursuit et nourrit une croissance permanente qui va de pair avec l'émergence des pays en voie de développement et l'augmentation de la population mondiale. Il est ainsi prévisible que par rapport à 1970, les besoins en énergie doublent en 2020 et triplent à l'horizon 2050. Pour résoudre une telle contradiction entre le besoin croissant d'énergie, l'épuisement des combustibles fossiles, l'effet de serre additionnel et la pollution, plusieurs solutions concomitantes sont possibles :

  • réduire les consommations d'énergie par des actions « d'utilisation rationnelle » ;

  • diminuer la pollution et les rejets à effet de serre en utilisant des carburants plus appropriés ;

  • poursuivre l'utilisation de l'énergie nucléaire en souhaitant un jour l'aboutissement de la fusion qui à l'heure actuelle tient du pari scientifique ;

  • faire appel à des énergies dites renouvelables : éolienne, solaire, hydraulique, biomasse, géothermie ;

  • utiliser l'hydrogène, une énergie propre et stockable.

L'hydrogène est en effet un gaz non toxique et très énergétique. Il est capable de produire de la chaleur par combustion directe avec, comme résidu, de l'eau, mais aussi il peut produire de l'électricité et de la chaleur dans les piles à combustible avec, là encore, comme résidu, de l'eau. Jusqu'à ce jour, on a affirmé que l'hydrogène ne se trouvait dans la nature qu'à l'état combiné, essentiellement dans l'eau et les hydrocarbures. Il était donc nécessaire de le produire et en cela, comme l'électricité, il n'était pas à proprement parler une énergie mais seulement un vecteur énergétique. Or, d'après de récentes découvertes, il n'en serait rien car, dans certaines régions du globe, existent des émanations d'hydrogène naturel (cf. § 2.5).

Dans les dossiers qui suivent, nous n'abordons l'hydrogène que du point de vue de sa valorisation énergétique en laissant de côté les autres types d'utilisation liés à ses propriétés chimiques (synthèse, hydrotraitements, atmosphères réductrices etc.) que l'on retrouve dans l'industrie pétrolière, l'industrie chimique et agrochimique ainsi que dans certaines technologies et applications spécifiques. Dans le présent dossier, nous traitons de sa production. Produire l'hydrogène, c'est l'extraire de ses composés sources (eau, hydrocarbures, biomasse) par une opération chimique ou physico-chimique qui nécessite une certaine dépense d'énergie : c'est là un des problèmes de l'utilisation de l'hydrogène énergie.

Dans le dossier Combustible hydrogène – Utilisation [B 8 566], nous nous intéressons à sa conversion énergétique, à sa mise à disposition, aux problèmes liés à la sécurité, aux possibles conséquences économiques et sociétales d'un emploi généralisé et, en conclusion, nous livrons une analyse de ce qui reste à accomplir pour que ce vecteur énergétique s'impose.

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KEYWORDS

reforming   |   electolysis   |   renewable energies   |   Environment   |   energetics

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-be8565


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1. Filières exploitées ou directement exploitables

1.1 À partir des combustibles fossiles

Cette filière est de nos jours essentiellement exploitée pour produire de l'hydrogène destiné à l'industrie du raffinage pétrolier et à l'industrie chimique. Elle s'apparente au reformage catalytique des naphtas (raffinage permettant d'obtenir des carburants) dont la première étape produit de l'hydrogène. Ces procédés sont évidemment utilisables pour fournir de l'hydrogène énergie mais les importantes quantités de dioxyde de carbone qu'elle rejette en hypothèque lourdement l'intérêt, à moins que ce dernier ne soit pas rejeté dans l'atmosphère.

L'hydrogène est obtenu à partir des combustibles fossiles par l'intermédiaire du gaz de synthèse, un mélange d'hydrogène et d'oxyde de carbone et en moindre proportion de dioxyde de carbone, de méthane et d'eau  .

Aperçu historique de la découverte et des utilisations de l'hydrogène

La découverte de l'hydrogène remonte au XVIe siècle lorsque le philosophe et médecin suisse Paracelse se demande si « l'air » que dégage la réaction du vitriol sur le fer est bien identique à l'air que nous respirons.

Au siècle suivant, Bayle isole ce gaz et au XVIIIe siècle, Cavendish, reprenant les travaux de...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - EDF – GDF -   Deux siècles d'hydrogène.  -  Hommage à Jean Baptiste Meunier, Tours, 14-23 août 1986.

  • (2) - BAILLEUX (CH.), CLÉMENT (P.) -   L'hydrogène révolutionnaire.  -  Direction des Études et Recherches, ED F(1989).

  • (3) - AIR LIQUIDE Division Scientifique -   Gas Encyclopedia.  -  Elsevier Scientific Publishing Company, Amsterdam (1976).

  • (4) - JONCHERE (J.P.), BAUDOUIN (C.) -   Production d'hydrogène à grande échelle à partir des hydrocarbures.  -  L'actualité Chimique, 20-25 déc. 2001.

  • (5) - MARION (P.), VINOT (S.) -   Production d'hydrogène à partir des combustibles fossiles.  -  Mémento de l'hydrogène, Fiche 3.2.1 site AFHYPAC (2011).

  • (6) - GIROUDIERE (F.), JUNKER (M.) -   Les technologies de production de l'hydrogène.  -  ...

1 Événements

International Association for Hydrogen Energy IAHE http://www.iahe.org

Sous l'égide de cette association, depuis 1976, tous les deux ans, se tient une des plus importantes et des plus anciennes conférences sur l'hydrogène énergie, la World Hydrogen Energy Conference WHEC. Ces conférences sont à tour de rôle organisées par la communauté hydrogène-énergie d'un pays dans le monde

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2 Annuaire

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2.1 Producteurs et fournisseurs d'hydrogène (liste non exhaustive)

Air Liquide (France)

Ce groupe international est présent dans de nombreux projets français, européens et nord-américains, surtout pour les aspects de l'utilisation de l'hydrogène dans les piles à combustible. Air Liquide a d'ailleurs créé une filiale, la société Axane, qui se propose d'assurer le développement, la fabrication et la commercialisation de piles à combustible pour usage portatif, pour des applications stationnaires...

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