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RÉSUMÉ
Le secteur du transport a un impact important sur les émissions de gaz carbonique, contribuant de manière significative au changement climatique. Dans ce contexte, le secteur aéronautique entreprend des efforts importants pour améliorer son empreinte carbone par l’utilisation de carburants verts ou décarbonés. L’hydrogène apparaît comme une solution d’avenir en tant que carburant pour les systèmes aéronautiques (avions et dispositifs au sol). Cet article aborde les procédés de production d’hydrogène renouvelable et vert à partir de carbone issu de la photosynthèse. Les procédés comme la co-électrolyse de l’eau, la pyrolyse et la gazéification de la biomasse et des biodéchets, le reformage du biogaz et la conversion biologique de la biomasse et des biodéchets.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Ange NZIHOU : Professeur - IMT Mines Albi, UMR CNRS 5302 Rapsodee
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María GONZALEZ MARTINEZ : Maître Assistante - IMT Mines Albi, UMR CNRS 5302 Rapsodee
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Doan PHAM MINH : Maître de Conférences (HDR) - IMT Mines Albi, UMR CNRS 5302 Rapsodee
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Lina María ROMERO MILLAN : Chercheuse post-doctorale - IMT Mines Albi, UMR CNRS 5302 Rapsodee
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Yves GOURINAT : Professeur - ISAE-SUPAERO, UMR CNRS 5312 ICA
INTRODUCTION
L’hydrogène constituera probablement une source majeure d’énergie embarquée sur le véhicule du futur. L’avion est ici présenté comme l’archétype du véhicule certifié, dans une approche globale qui intègre d’une part les moyens environnementaux aptes à produire, stocker et distribuer ce futur carburant, et d’autre part son utilisation à bord. L’avion est ainsi considéré comme un système opérationnel réalisant la mission de transport de passagers ou de fret dans un cadre décarboné. C’est donc un enjeu majeur qui touche le secteur aérien, mais aussi par diffusion l’ensemble des mobiles. Cet enjeu concerne aussi les équipements au sol dans le système aéronautique.
Dans cet article, la production d’hydrogène vert est abordée à partir de deux approches qui sont la co-électrolyse du CO2 et de molécules organiques et essentiellement les procédés de conversion thermochimique et biologiques de la biomasse et de déchets. Ainsi, de l’hydrogène vert, d’origine biosourcé et/ou renouvelable, peut être obtenu, par opposition à l’hydrogène gris traditionnellement produit à partir des combustibles fossiles et des énergies non renouvelables (abordés dans l’article [BE 8 565]). Les différentes technologies identifiées dans la littérature seront discutées. Ces deux filières permettent d’envisager à court terme l’usage de ce carburant dans des conditions opérationnelles et certifiées, probablement meilleures que celles qui prévalent pour les hydrocarbures.
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3. Production biologique de l’hydrogène
La production biologique d’hydrogène implique l’utilisation d’organismes vivants, principalement de diverses espèces de bactéries et d’algues, qui libèrent de l’hydrogène gazeux lors de leur métabolisme. Tous les processus de production biologique d’hydrogène sont associés fondamentalement à la présence inhérente de certaines enzymes productrices d’hydrogène, comme les hydrogénases ou les nitrogénases, dans le système des micro-organismes .
Différentes stratégies existent pour produire de l’hydrogène via des voies biologiques :
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la biophotolyse directe et indirecte effectuée par des micro-organismes photosynthétiques qui utilisent la lumière du soleil pour diviser l’eau en H2 et O2 ;
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la photofermentation effectuée par des bactéries photosynthétiques qui utilisent la lumière du soleil pour décomposer les composés organiques en H2 et CO2 ;
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la fermentation sombre effectuée par des bactéries qui effectuent la décomposition anaérobie de composés organiques (principalement des sucres) ;
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des systèmes hybrides combinant les techniques précédentes.
Ces procédés sont classifiés généralement en fonction de la source d’énergie principale utilisée pour leur déroulement. Ainsi, la production d’hydrogène peut être photodépendante (biophotolyse directe et indirecte, photofermentation) ou photo-indépendante (fermentation sombre) ...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - TODD (D.), SCHWAGER (M.), MÉRIDA (W.) - Thermodynamics of high-temperature, high-pressure water electrolysis. - Journal of Power Sources, 269, 424-429 (2014). https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2014.06.144.
-
(2) - BRISSE (A.), SCHEFOLD (J.), ZAHID (M.) - High temperature water electrolysis in solid oxide cells. - International Journal of Hydrogen Energy, 33, 5375-5382 (2008). https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2008.07.120
-
(3) - DEKA (D.J.), KIM (J.), GUNDUZ (S.), FERREE (M.), CO (A.C.), OZKAN (U.S.) - Temperature-induced changes in the synthesis gas composition in a high-temperature H2O and CO2 co-electrolysis system. - Applied Catalysis A: General, 602, 117697 (2020). https://doi.org/10.1016/j.apcata.2020.117697
-
(4) - NZIHOU (A.), editor - Handbook on Characterization of Biomass, Biowaste and Related By-products. - Springer International Publishing (2020). https://doi.org/10.1007/978-3-030-35020-8
-
(5) - JU (H.), BADWAL (S.), GIDDEY (S.) - A comprehensive review of carbon and hydrocarbon assisted water electrolysis for hydrogen...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Loi n° 2009-967 du 3 août 2009 de programmation relative à la mise en œuvre du Grenelle de l’environnement (1), 2009.
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