Des trains allemands aux bus sud-coréens, l'hydrogène est de retour dans le tableau de l'énergie

Des trains allemands aux bus sud-coréens, l'hydrogène est de retour dans le tableau de l'énergie

Alors que le prix de l'énergie renouvelable baisse et que les technologies de stockage mûrissent, l'hydrogène attire de nouveau l'attention.

Jorgo Chatzimarkakis faisait le plein de sa voiture à pile à combustible à l’hydrogène à l’un des Stations de ravitaillement 50-plus dispersés en Allemagne lorsqu'un pilote Tesla, qui rechargeait sa propre voiture, s'est approché.

L’homme était impatient de voir une voiture à hydrogène en action et débordait de questions. Chatzimarkakis, secrétaire général du Hydrogène Europe, était heureux de leur répondre, et les deux ont parlé pendant plusieurs minutes.

Mais à ce moment-là, la voiture à hydrogène était entièrement ravitaillée en carburant, tandis que le pilote de Tesla devait encore attendre longtemps avant de recharger sa batterie.

"C'est la réalité", déclare Chatzimarkakis. "Aujourd'hui, les stations-service sont prêtes, la voiture est prête, je peux planifier mon voyage de la Suisse au Danemark et en Norvège sans aucun problème."

La vision d’un monde alimenté à l’hydrogène a eu plus de ratés que Wile E. Coyote. En 1923, le généticien britannique JBS Haldane a imaginé un réseau d'éoliennes produisant de l'hydrogène alimentant la Grande-Bretagne, mais rien n'en sortit. Dans 1970, l'électrochimiste né en Afrique du Sud, John Bockris, a utilisé le terme «économie de l'hydrogène» pour la première fois dans un discours, puis publié un livre décrivant ce à quoi pourrait ressembler un monde alimenté à l'hydrogène solaire. Mais encore une fois, rien n'a changé. Dans 2002, le théoricien américain de l'économie et des sciences sociales, Jeremy Rifkin, a affirmé que l'hydrogène pourrait prendre le relais du pétrole et que L'avenir de l'énergie réside dans les piles à combustible à hydrogène.

Mais l'industrie n'était pas prête, explique Chatzimarkakis. «Ce que Jeremy Rifkin a dit était vraiment très valable, mais les politiciens et les journalistes veulent toujours voir la preuve», a-t-il déclaré. "Et à ce moment-là, c'était vraiment loin d'être réalisé parce que la recherche n'était pas assez avancée."

L'hydrogène vieillit

Peut-être, enfin, le moment de l'hydrogène est arrivé.

Le Japon envisage d’utiliser les Jeux olympiques 2020 de Tokyo pour présenter ses vision pour une société de l'hydrogène et a investi un million de 348 USD dans la création de stations de ravitaillement en hydrogène et d'autres infrastructures. L'Allemagne a lancé la première mondiale trains à hydrogène pour compléter un nombre croissant de stations de ravitaillement en hydrogène à travers le pays. La Suisse est achat de camions 1,000 à hydrogène, La Norvège a eu stations de ravitaillement en hydrogène depuis 2006, et la Corée du Sud est investir des milliards de 2.33 USD au cours des cinq prochaines années créer des stations de ravitaillement en hydrogène, des usines de fabrication de véhicules à piles à combustible, des bus à piles à combustible et des systèmes de stockage d'hydrogène. Et l’Australie a vu ses deux agence scientifique nationale CSIRO Alan Finkel, scientifique en chef déclarent séparément leurs visions d'une nation et d'une industrie d'exportation alimentées à l'hydrogène.

Le Coradia iLint a commencé à fournir du transit de masse alimenté à l'hydrogène en Allemagne, en 2018. (L'hydrogène est de retour dans l'image de l'énergie)
Le Coradia iLint a commencé à fournir du transit de masse alimenté à l'hydrogène en Allemagne, en 2018.
Photo fournie par Alstom | R Frampe

Au cœur de l’économie de l’hydrogène, on utilise l’électricité produite à partir de sources renouvelables telles que l’énergie solaire, éolienne et hydroélectrique pour fractionner l’eau en oxygène et en hydrogène - un processus appelé électrolyse. Cet «hydrogène vert» peut ensuite être utilisé dans les piles à combustible pour générer de l'électricité, et les piles à combustible peuvent être utilisées individuellement pour conduire des véhicules ou en piles pour soutenir ou même alimenter un réseau. Mieux encore, les gaz d'échappement générés par les piles à combustible à l'hydrogène sont de l'eau, qui pourrait un jour être recapturée et recyclée pour l'électrolyse.

Économie et climat

Alors, qu'est-ce qui a changé pour amener enfin l'hydrogène au premier plan des plans énergétiques mondiaux? Jenny Hayward, chercheur principal au CSIRO et co-auteur de son Feuille de route nationale sur l'hydrogène de 2018, dit économique plus favorable ont joué un rôle important.

«La production diminue dans les coûts, mais elle diminue également dans l’utilisation», déclare Hayward. Non seulement le prix de l'électricité d'origine solaire photovoltaïque et éolienne a-t-il diminué de manière spectaculaire, mais les technologies d'électrolyseur sont également devenues beaucoup moins chères, à plus grande échelle et plus efficaces. Dans le même temps, les piles à combustible à hydrogène améliorent également leur efficacité et leur coût, dit-elle.

Cliquez pour voir une infographie du US Department of Energy sur les carburants à l'hydrogène. (L'hydrogène est de retour dans l'infographie de l'image de l'énergie)
Cliquez pour voir une infographie du US Department of Energy sur les carburants à l'hydrogène.

Un autre facteur important est l'urgence croissante de réduire considérablement les émissions de gaz à effet de serre, déclare John Andrews, expert en énergie durable et professeur à la RMIT University de Melbourne, en Australie.

«Il est si important de garder son introduction liée à la solution au problème du changement climatique», déclare Andrews. «Ce n’est pas seulement une question de trouver un carburant alternatif; il s'agit d'obtenir un système de carburant et d'énergie à zéro émission. "

Faire avancer l’adaptation de l’hydrogène en tant que carburant n’a pas été facile. Malgré la quête séculaire d'une économie de l'hydrogène, d'importants défis technologiques doivent être surmontés pour en arriver à ce stade - et il est encore tôt.

Résoudre le problème de stockage

L’un des principaux problèmes liés à l’utilisation de l’hydrogène pour les transports a été soulevé. stockage. Ce n'est que récemment qu'il est devenu possible de compresser de l'hydrogène dans un récipient suffisamment petit et léger pour tenir à l'arrière d'un véhicule de tourisme, tout en contenant assez d'énergie pour parcourir au moins 300 cette voiture.

"On a toujours pensé qu'il serait très difficile d'obtenir un stockage d'hydrogène qui pourrait dépasser les objectifs du département de l'Énergie des États-Unis concernant l'utilisation de voitures à pile à combustible à l'hydrogène", a déclaré Andrews. Puis vint le développement d'un réservoir d'hydrogène haute pression en composites avancés, capables de satisfaire et même de dépasser les exigences.

Le stockage de carburant a été un gros défi pour le transport à l'hydrogène. (L'hydrogène est de retour dans l'image de l'énergie)
Le stockage de carburant a été un gros défi pour le transport à l'hydrogène. Des améliorations récentes ont étendu la gamme de véhicules de tourisme à plus de 300 miles par remplissage.
Photo © iStockphoto.com/Tramino

“Je pense que cela a poussé les gens à s'asseoir et à dire oui, il est possible d'avoir une forme de stockage qui pourrait être utilisée pour transporter l'hydrogène à bord d'un véhicule et donner une autonomie comparable à celle des voitures classiques et un temps de remplissage. C'est un point critique. avantage de l'hydrogène - de seulement quelques minutes », dit-il.

Les véhicules à pile à combustible à hydrogène atteignent ou dépassent même la gamme des véhicules à essence ou diesel classiques; Toyota affirme que son Mirai obtient autour de miles 312 à partir d'un réservoir d'hydrogène. Cela en fait une perspective beaucoup plus attrayante pour les voyages de longue distance qu'un véhicule à batterie électrique.

Cela en fait également une option viable pour des véhicules plus travailleurs, explique Lisa Ruf, coordinatrice de Mobilité de l'hydrogène en Europe et consultant principal chez Element Energy au Royaume-Uni.

«Dans les opérations pour les camions, les taxis et les services d’intervention d’urgence, vous devez disposer d’une autonomie et d’un temps de ravitaillement similaires à ceux des véhicules classiques», a-t-elle déclaré. Police métropolitaine de Londres, qui a acquis cette année les voitures à piles à combustible à hydrogène 11.

Nourrir la grille

L’hydrogène est également à l’étude pour aider à maintenir la stabilité d’un réseau énergétique alimenté par des énergies renouvelables, selon Morry Markowitz, président de la Association des piles à combustible et de l'hydrogène aux États-Unis

"Parce que le soleil ne brille pas tout le temps et que le vent ne souffle pas, les énergies renouvelables ont un problème d'intermittence. Vous devez donc être en mesure de trouver un moyen de stocker efficacement les électrons créés", dit-il. L'excès d'électricité peut être utilisé pour alimenter l'électrolyse et générer de l'hydrogène pouvant être utilisé dans des véhicules à pile à combustible ou à pile à combustible stationnaire, ou stocké pour le transport.

Ce scénario est particulièrement attrayant pour les zones reculées, telles que les villes australiennes situées dans l'arrière-pays, qui dépendent par ailleurs de générateurs à moteur diesel. Alimenter les villes en utilisant une combinaison d'énergies renouvelables et de stockage d'hydrogène pourrait bientôt devenir rentable, en particulier avec l'augmentation du prix du diesel, a déclaré Hayward.

Les sociétés gazières envisagent également l'hydrogène comme une alternative potentielle au gaz naturel, qui pourrait tirer parti de l'infrastructure existante. alors ils ne comptent plus sur les camions qui entrent avec du diesel, ils ont juste besoin de leurs énergies renouvelables », dit-elle. "Ils pourraient avoir un système où ils ont une pile à combustible et récupérer l'eau, donc c'est un système autonome."

Les sociétés gazières envisagent également l'hydrogène comme une alternative potentielle au gaz naturel, qui pourrait utiliser l'infrastructure existante.

«En particulier, si nous voulons atteindre des objectifs de réduction des émissions élevés, toute l’infrastructure gazière restera inutilisée», déclare Hayward. "Ce qui est intéressant, c'est dans les réseaux de distribution de gaz. S'ils sont fabriqués à partir de tuyaux en PVC, vous pouvez utiliser le pourcentage d'hydrogène 100, bien que les appareils et les compteurs doivent être changés."

L'effet Hindenburg

Il est impossible de parler d'hydrogène sans aborder le dirigeable dans la pièce, ce que Markowitz appelle «l'effet Hindenburg». Le spectaculaire enfer alimenté à l'hydrogène qui a provoqué la catastrophe du dirigeable Hindenburg dans le New Jersey à 1937 hante toujours le secteur de l'hydrogène et Les problèmes d'inflammabilité et de sécurité de l'hydrogène sont inévitablement soulevés lors des discussions sur l'économie de l'hydrogène.

Mais Markowitz dit que la technologie de l’hydrogène est bien plus avancée que celle de cette époque.

«Les matériaux avancés tels que les réservoirs en fibre de carbone, les capteurs, les ordinateurs et d’autres choses se sont améliorés de façon spectaculaire… la sécurité de l’hydrogène ne devrait même pas être un problème», dit-il. «Dans le secteur des transports et dans d’autres domaines, les véhicules à hydrogène atteignent ou dépassent tout ce qui se trouve sur la route aujourd’hui.»

L'absorption accrue d'hydrogène pourrait également avoir un impact sur la couche d'ozone. UNE étude de 2003 a suggéré que si toute la production d’énergie issue de combustibles fossiles était remplacée par de l’hydrogène, les fuites de gaz dans l’atmosphère pourraient réagir avec l’oxygène pour former de la vapeur d’eau susceptible de perturber considérablement la couche d’ozone.

Une autre critique souvent faite de l’hydrogène est qu’une quantité importante est encore produit à l'aide de combustibles fossiles. Aux États-Unis, la majeure partie de l'hydrogène est produite via un processus appelé reformage de gaz naturel, dans lequel le gaz naturel est mis à réagir avec de la vapeur à haute température pour produire de l’hydrogène, du monoxyde de carbone et une petite quantité de dioxyde de carbone. Il peut également être fait par gazéification du lignite, ce qui entraîne également du CO2 .

«Si vous suivez l'une de ces voies pour obtenir de l'hydrogène, certaines voies émettent des émissions de dioxyde de carbone. La seule façon de réduire les émissions à zéro est de coupler cela au captage et au stockage du carbone», explique Andrews. «Et il reste une grande question de savoir si cela peut être viable, s'il sera sécurisé et si nous pouvons conserver ce dioxyde de carbone pendant des milliers d'années et s'il peut être un jour économique.»

Approche mesurée

Les discussions sur l'hydrogène sont urgentes, ce qui reflète la reconnaissance générale de la nécessité de décarboniser les transports, a déclaré Ruf. Elle fait valoir que, même s'il existe toute une gamme de solutions sur la table, l'hydrogène est en mesure de résoudre des problèmes que d'autres technologies ne peuvent résoudre aussi facilement et à moindre coût.

Mais alors que le potentiel de l'hydrogène suscite beaucoup d'enthousiasme, Ruf recommande également une approche mesurée.

«Le secteur dans lequel nous travaillons pour soutenir la technologie des piles à combustible à l'hydrogène est que nous devons nous méfier du battage médiatique et pouvoir gérer les attentes», a-t-elle déclaré. «C'est quelque chose qui prend du temps et de l'investissement. Cela ne se fera pas du jour au lendemain, mais à long terme, c'est une très bonne solution. ” Voir la page d'accueil Ensia

Cet article a paru sur Ensia

A propos de l'auteur

Bianca Nogrady est une journaliste scientifique indépendante qui n'a pas encore rencontré de recherche qu'elle ne trouve pas fascinante. Elle écrit pour une variété de points de vente, y compris Nature, The Guardian, Australian Geographic, BBC Future et la Australian Broadcasting Corporation. twitter.com/BiancaNogrady biancanogrady.com

Note de l'éditeur: Dans le passé, l'auteur a écrit des contrats pour CSIRO, mais sans lien avec l'hydrogène.

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