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RÉSUMÉ
L'hydrogène a sa plus importante application dans les piles à combustible (PAC), leurs puissances allant du W (portables) au MW (équipements électriques d'immeubles). Ces utilisations de l'hydrogène impliquent qu'il soit stocké, transporté et mis à disposition sous forme de gaz comprimé, de liquide ou encore combiné dans des matériaux solides. Son inflammabilité et son explosivité imposent des précautions objets de normes de sécurité adaptées. Le rôle que pourrait jouer ce vecteur dans le paysage énergétique de demain va de pair avec le développement d'une «économie de l'hydrogène».
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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
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Pierre MALBRUNOT : Conseiller scientifique auprès de l'association française pour l'hydrogène et les piles à combustible (AFHYPAC) -
INTRODUCTION
L'hydrogène par sa combustion très énergétique, en masse plus de deux fois celle du gaz naturel, est un combustible de choix utilisable pour fournir de la chaleur et de l'énergie mécanique sans autre résidu que de l'eau. Mais il peut aussi, par réaction électrochimique, se combiner à l'oxygène pour produire de l'électricité, de la chaleur et de l'eau.
Dans le dossier précédent [BE 8 565], nous nous sommes intéressés à sa production.
Dans ce dossier, nous nous intéressons à sa conversion énergétique, à sa mise à disposition et 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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MOTS-CLÉS
état de l'art Mise en oeuvre Stockage solide Economie d'hydrogène Environnement Génie énergétique
VERSIONS
- Version archivée 1 de juil. 2006 par Farida DARKRIM-LAMARI, Pierre MALBRUNOT
- Version courante de mai 2023 par Farida LAMARI, Patrick LANGLOIS, Pierre MALBRUNOT
DOI (Digital Object Identifier)
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Conversion énergétique de l'hydrogèneArticle inclus dans l'offre
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5. Conclusion
Le combustible hydrogène peut être produit en tout lieu avec toute énergie. Il peut contribuer à sauvegarder l'environnement et à remédier à l'épuisement des ressources fossiles. De plus, ne dépendant d'aucun gisement, il n'est lié à aucune tension géopolitique. Admettons néanmoins que son « avènement » est différé par plusieurs points de résistance sur le plan technique, sur l'aspect économique et du point de vue de son acceptabilité sociétale.
En premier lieu en ce qui concerne la production de masse à partir des combustibles fossiles, le problème essentiel est la quantité de dioxyde de carbone rejeté. Il faudrait le capturer puis le séquestrer sans risque majeur pour l'environnement : une vraie gageure et des solutions sont à l'étude. Pour ce qui est des énergies renouvelables, force est de reconnaître qu'elles ne sont pas très adaptées à de grosses productions centralisées mais qu'elles peuvent l'être à des productions et des utilisations décentralisées et diversifiées mises en réseaux intelligents (Smart Grids). Des progrès restent à accomplir pour une mise en œuvre relativement aisée à des coûts acceptables.
Au niveau du stockage, certaines solutions semblent s'imposer :
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hydrogène liquide pour les grandes quantités en vue d'une utilisation stationnaire ou pour la propulsion des navires voire de gros véhicules ;
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hydrures métalliques pour les moyennes capacités ;
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hydrogène gazeux comprimé à haute pression pour les petites quantités, en particulier les véhicules légers. Des améliorations sont à attendre concernant aussi bien le stockage dans les hydrures que celui dans les matériaux poreux carbonés.
Les transports par gazoduc de l'hydrogène gazeux et par voie d'eau ou par rail de l'hydrogène liquide sont les plus rationnels et les moins onéreux, sachant que, dans tous les cas, le transport de l'hydrogène est à limiter autant que possible ce qui est tout à fait envisageable avec des productions réparties.
Les piles à combustible convertissant l'hydrogène en électricité ont connu ces dernières années de réelles avancées comme le prouve la multiplication des modèles d'automobiles et autres véhicules utilitaires qui les utilisent. Leur développement reste néanmoins limité en raison de certains problèmes...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - ROTTENGRUBER (H.), BERKMULLER (M.), ELSÄSSER (G.), BREHM (N.), SCHWARZ (C.) - A high-efficient combustion concept for direct injection hydrogen internal engines. - 15th World Hydrogen Energy Conference (WHEC), Yokohama, Japan, 27 juin-2 juil. 2004.
-
(2) - EICHLSEDER (H.), GRABNER (P.), HEINDL (R.) - Hydrogen internal combustion engines. - Hydrogen and Fuel Cells, Detlef Stolten Edit., Wiley, VCH Weinheim, Allemagne, Chap. 39 (2010).
-
(3) - BUFFET (PH.), LEBARON (M.) - L'espace, comment ça marche ? À quoi ça sert. - Hirlé Éditions, Strasbourg (2001).
-
(4) - BUFFET (PH.) - Propulsion spatiale : L'hydrogène, un carburant léger pour lanceurs lourds. - L'Actualité Chimique, p. 74-80, déc. 2001.
-
(5) - LAMY (C.), LEGER (J.M.) - Les piles à combustible. - Journal de Physique IV, Colloque CI, Supplément au Journal de Physique III, vol. 4, janv. 1994.
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
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
HAUT DE PAGE2.1 Fournisseurs (liste non exhaustive)
Axane (filiale Air Liquide), piles dans le domaine du groupe électrogène http://www.axane.fr
AREVA Stockage d'Énergie, piles de puissance pour le stationnaire http://www.areva.com/fr/activites-407/areva-stokage-d-energie.html
Paxitech, cœur de pile PEMFC (membranes et électrodes) http://www.paxitech.com
Pragma...
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