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1 - CONVERSION ÉNERGÉTIQUE DE L’HYDROGÈNE

2 - MISE À DISPOSITION DE L’HYDROGÈNE ÉNERGIE

3 - DANGERS DE L’HYDROGÈNE ET SÉCURITÉ

4 - ÉCONOMIE DE L’HYDROGÈNE

5 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : BE8566 v3

Combustible hydrogène - Utilisation

Auteur(s) : Farida LAMARI, Patrick LANGLOIS, Pierre MALBRUNOT

Date de publication : 10 mai 2023

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Présentation

RÉSUMÉ

En tant que combustible, l’hydrogène est utilisé ou utilisable soit en combustion directe, soit dans les piles à combustible qui produisent de l’électricité à des puissances allant de 10 mW à 10 MW. Ses applications vont des équipements portables aux procédés industriels gros consommateurs d’énergie, en passant par la mobilité où elles se déclinent entre applications routières, ferroviaires, navales, submersibles, aéronautiques et spatiales. Cela implique qu'il soit stocké, transporté et mis à disposition aussi bien sous forme de gaz comprimé que de liquide, voire combiné dans des matériaux solides ou liquides. Son inflammabilité et son explosivité imposent néanmoins des précautions qui font l’objet de normes de sécurité adaptées. Le rôle que jouera ce combustible dans le paysage énergétique de demain va constituer un élément majeur de la transition entre énergies fossiles et renouvelables.

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ABSTRACT

Hydrogen Fuel. Uses

As a fuel, hydrogen is used or usable either in direct combustion or in fuel cells that produce electricity at outputs ranging from 10 mW to 10 MW. Its applications range from portable equipment to energy-intensive industrial processes; for mobility alone, they come in road, rail, marine, submersible, aeronautical, and space applications. Hydrogen can be stored, transported and made available as a compressed gas or as a liquid, or even combined in solids or liquids. Its flammability and explosiveness however require precautions that are subject to appropriate safety standards. The role that this fuel will play in tomorrow's energy landscape will be a major element in the transition from fossil to renewable energy sources.

Auteur(s)

  • Farida LAMARI : Docteure en génie des procédés de l’université Paris XIII - Chargée de recherche au CNRS - Université Sorbonne Paris Nord, LSPM – UPR CNRS 3407

  • Patrick LANGLOIS : Ingénieur ENSAM et Docteur en métallurgie de l’université Pierre et Marie Curie (Paris VI) - Chargé de recherche au CNRS - Université Sorbonne Paris Nord, LSPM – UPR CNRS 3407

  • Pierre MALBRUNOT : Conseiller scientifique auprès de l’association France Hydrogène

INTRODUCTION

Un nouvel écosystème se constitue autour du vecteur énergétique hydrogène en raison de sa polyvalence (électrolyseur, pile à combustible, transport et stockage, mobilité, nouveaux usages) ; en se référant à la maxime « Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme » attribuée à Lavoisier, l’hydrogène pourrait en effet être très exactement et tout simplement décrit comme étant un vecteur de transformation, la nécessité de la transformation tenant pour sa part à l’épuisement prochain des ressources fossiles et à l’effet néfaste de leur emploi sur la santé, l’environnement et le climat. Dans le contexte de la crise énergétique européenne et du changement climatique, l’urgence d’une telle transformation est devenue manifeste. Lancé en 2019, le pacte vert pour l’Europe engage les États membres de l’Union européenne à atteindre la neutralité carbone en 2050 avec, pour objectif intermédiaire, de réduire de 55 % en 2030 les émissions nettes de gaz à effet de serre par rapport à leur niveau de 1990. Ce pacte implique notamment la production massive ainsi que l’usage d’hydrogène décarboné ou à bas carbone, une régulation adaptée à une stratégie cohérente de déploiement de l’hydrogène en matière de production et d’usage étant en cours d’élaboration.

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 et de la chaleur en ne rejetant là encore que de l’eau. En France, l’hydrogène est déjà couramment utilisé dans l’industrie pétrolière et chimique, pour une consommation totale de l’ordre de 900 000 tonnes par an mais il s’agit, en majeure partie, d’hydrogène carboné qui engendre de l’ordre de 9 millions de tonnes de CO2 par an ; il convient dans ce domaine de faire évoluer sa production. L’hydrogène constitue en l’occurrence un vecteur énergétique qui peut être produit puis utilisé dans une plus grande variété d’applications, le domaine le plus connu étant celui de la mobilité où de plus en plus nombreux véhicules à hydrogène sont commercialisés. En synergie avec la future production massive d’hydrogène décarboné, se pose donc la nécessité d’accroître son usage.

En complément de l’article [BE 8 565]qui traite de sa production, dans le présent article sont traitées sa conversion énergétique, sa mise à disposition et les problèmes liés à la sécurité, ainsi que les possibles conséquences économiques et sociétales de son emploi généralisé. Est également livrée en conclusion une analyse de ce qui reste à accomplir pour que ce vecteur énergétique s’impose.

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KEYWORDS

transport   |   mobility   |   fuell cells   |   storage   |   stationary applications

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v3-be8566


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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - ROTTENGRUBER (H.), BERKMÜLLER (M.), ELSÄSSER (G.), BREHM (N.), SCHWARZ (C.) -   A high-efficient combustion concept for direct injection hydrogen internal engines.  -  15th World Hydrogen Energy Conference, Yokohama, JP (2004).

  • (2) - EICHLSEDER (H.), GRABNER (P.), HEINDL (R.) -   Hydrogen internal combustion engines.  -  In : Hydrogen and Fuel Cells, p. 811-830, Wiley-VCH, Weinheim, DE (2010). ISBN : 978-3527327119

  • (3) - ALLEAU (Th.) -   Moteurs thermique à hydrogène.  -  L’encyclopédie H2, Fiche 5.1.1 (2021).

  • (4) - BUFFET (Ph.), LEBARON (M.) -   L’espace, comment ça marche ? À quoi ça sert ?  -  Hirlé Éditions, Strasbourg (2001). ISBN : 978-2910048662

  • (5) - BUFFET (Ph.) -   Propulsion spatiale : l’hydrogène, un carburant léger pour lanceurs lourds.  -  L’Actualité Chimique, p. 74-80 (2001).

  • ...

NORMES

  • Hydrogène liquide – Interface des systèmes de remplissage pour véhicules terrestres - ISO 13984 - 1999

  • Hydrogène liquide – Réservoirs de carburant pour véhicules terrestres - ISO 13985 - 2006

  • Qualité du carburant hydrogène – Spécification de produit - ISO 14687 - 2019

  • Considérations fondamentales pour la sécurité des systèmes à l’hydrogène - ISO/TR 15916 - 2015

  • Générateurs d’hydrogène faisant appel aux technologies du traitement du carburant – Partie 1 : Sécurité - ISO 16110-1 - 2016

  • Générateurs d’hydrogène faisant appel aux technologies du traitement du carburant – Partie 2 : Méthodes d’essai de rendement - ISO 16110-2 - 2016

  • Appareils de stockage de gaz transportables – Hydrogène absorbé dans un hydrure métallique réversible - ISO 16111 - 2008

  • ...

1 Annuaire

HAUT DE PAGE

1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)

Aaqius (CH) – technologies hydrogène http://www.aaqius.com/

Airbus (EU) – programme ZEROe https://www.airbus.com/en/innovation/zero-emission/hydrogen/zeroe

Alexander Dennis (GB) – bus à pile à combustible https://www.alexander-dennis.com/

Blue Spirit Aero (FR) – avions à hélices à pile à combustible https://bluespiritaero.com/fr/

Clean Logistics (DE) – camions à réservoir d’hydrogène liquide https://www.cleanlogistics.de/en

Doosan (KR) – piles à combustible https://www.doosanfuelcell.com/en

Fuji Electric (JP) – piles à combustible https://www.fujielectric.com/products/fuelcell/

Genvia (FR) – électrolyseurs haute température https://genvia.com/

GravitHy (FR) – production d’acier décarboné https://gravithy.eu/

Hydrogenious (DE) – stockage de l’hydrogène dans des liquides...

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