Purification de l’hydrogène
Combustible hydrogène - Production

Au XIX^e 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 le premier vecteur énergétique. Puis, à la fin de ce même siècle, tout s’est encore accéléré lorsque sont apparus le moteur à combustion interne (dit à explosion) et l’électricité. Le premier permettait d’obtenir de l’énergie mécanique à partir de la combustion de 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, le numérique et leurs applications, les prolongements les plus évolués et les plus prometteurs. C’est ainsi qu’au XX^e siècle, il ne fut d’activité humaine qui n’ait 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 contribuant 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. Par rapport à 1970, les besoins en énergie ont doublé en 2022 et pourraient tripler d’ici la fin du XXI^e siècle. 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 les émissions de gaz à effet de serre et la pollution en utilisant des carburants appropriés ;

• poursuivre l’utilisation de l’énergie nucléaire en attendant l’aboutissement de la fusion qui, au vu des avancées actuelles, semble en voie d’être maîtrisée ;

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

• utiliser l’hydrogène, un vecteur énergétique propre et stockable.

L’hydrogène est en effet un gaz très énergétique et non toxique qui produit de la chaleur par combustion directe avec comme résidu de l’eau s’il brûle en présence d’oxygène pur mais à laquelle s’ajoutent des oxydes d’azote s’il brûle dans l’air. Dans les piles à combustible, il génère à la fois de l’électricité et de la chaleur avec de l’eau comme seul résidu. Mais l’hydrogène dans la nature se trouve surtout à l’état combiné, dans l’eau et les hydrocarbures principalement. Pour en disposer, il faut le produire ; c’est en cela que, comme la vapeur et l’électricité, il est un vecteur énergétique.

Dans cet article, nous n’abordons l’hydrogène que du point de vue de sa valeur énergétique en laissant de côté ce qui est lié à ses propriétés chimiques grâce auxquelles il joue déjà un rôle important dans l’industrie pétrolière, l’industrie chimique et agrochimique ainsi que dans certaines technologies dont, depuis peu, la sidérurgie. Dans le présent article, nous traitons de sa production. Produire l’hydrogène, c’est l’extraire de ses composés (eau, hydrocarbures, biomasse) par une opération chimique ou physico-chimique qui nécessite une certaine dépense d’énergie : c’est là un des problèmes du recours à l’hydrogène. Mais surtout, la quasi-totalité des procédés de production d’hydrogène émettent du dioxyde de carbone ; c’est pour cette raison qu’il a été convenu de distinguer l’hydrogène par différentes couleurs en fonction du mode de production dont il est issu ainsi que des émissions de CO₂ liées à ce mode de production, le vert étant le plus médiatisé. Ces couleurs permettent de visualiser la catégorie dont relève chaque mode de production et aident ainsi à comprendre quel est le déploiement souhaitable de la filière hydrogène dans la perspective de la neutralité carbone à l’horizon 2050, tous les modes de production, exploités et directement ou potentiellement exploitables, étant récapitulés dans cet article.

Dans l’article [BE 8 566], nous nous intéressons à la conversion énergétique de l’hydrogène, à sa mise à disposition, aux problèmes liés à la sécurité (grandes inflammabilité et explosivité), aux possibles conséquences économiques et sociétales de son emploi généralisé et, en conclusion, nous livrons une analyse des mesures déjà prises et à prendre pour que ce vecteur énergétique s’impose.

Le lecteur trouvera un glossaire en fin d’article.