Développer le modèle énergétique de l'hydrogène

Tout au long de mes 40 ans de carrière, qui comprennent une expérience dans le secteur de l’énergie commerciale, au sein du ministère américain de l’Énergie, sur les marchés de la NASA, ainsi que 19 ans en tant que professeur d’université et chargé de cours, j’ai toujours défendu le développement d’un mix énergétique mondial durable, multifonctionnel et issu de sources multiples, qui soit omniprésent et efficace, et propre de la production à l’utilisation. Cela a toujours impliqué des mesures visant à réduire les émissions de carbone et à atténuer l’impact excessif de l’activité humaine sur notre environnement. L’utilisation de l’hydrogène comme vecteur énergétique, communément appelée « mix énergétique_H2 », en constitue un élément majeur et en pleine expansion.

L'hydrogène peut être produit à partir de diverses sources, notamment des énergies renouvelables telles que l'éolien et le solaire, mais aussi l'énergie nucléaire, le gaz naturel, le biogaz, etc. Toutefois, pour être considéré comme un élément durable du mix énergétique, l'hydrogène doit être produit à partir de ces sources selon un procédé efficace et générant peu de sous-produits. Cela inclut bien sûr les méthodes de réduction des émissions de carbone.

L'électrolyse est l'un des procédés permettant de produire de l'hydrogène renouvelable : elle consiste à décomposer l'eau en hydrogène et en oxygène à l'aide d'électricité issue de sources renouvelables. L'hydrogène peut être utilisé pour alimenter des piles à combustible, qui produisent de l'électricité en ne rejetant que de l'eau comme seul sous-produit.

En plus d'être une source d'énergie naturelle et propre, l'hydrogène peut être utilisé dans de nombreuses applications, notamment dans les transports, la production d'électricité et les procédés industriels. Par exemple, des piles à combustible à hydrogène sont déjà en cours de développement et de déploiement dans certaines régions du monde, tandis que des centrales électriques sont conçues pour utiliser l'hydrogène comme combustible de combustion ou de prémélange.

Le diagramme de Sankey très détaillé présentant la répartition du mix énergétique du Département de l’Énergie des États-Unis (DOE) par type d’utilisation(voir ci-dessous) explique clairement « pourquoi l’hydrogène ». Sur les 97,3 quadrillions de BTU consommés aux États-Unis en 2021, plus d’un tiers provenait du pétrole, principalement dans le secteur des transports. Cependant, une grande partie du pétrole est utilisée comme fluide de travail dans l’industrie et comme matière première pour la production chimique.

Lien : Super Sankey sur les flux énergétiques aux États-Unis — Otherlab

Deux autres conclusions évidentes peuvent être tirées des données présentées sur ce graphique. Le charbon ne représente que 10 % de notre approvisionnement énergétique et il est principalement utilisé pour produire de l’électricité. Cependant, nous perdons chaque jour davantage d’électricité en raison des pertes de production que ce qui est généré par la combustion du charbon. Dans un avenir proche, l’électricité produite à partir du charbon restera nécessaire dans certaines régions pour équilibrer le réseau national, et la production à partir du charbon est l’une de nos sources d’énergie les plus efficaces ; cependant, il s’agit globalement d’un processus entraînant des pertes thermodynamiques qui pourra, à terme, être remplacé par des sources de production décentralisées et localisées, telles que l’hydrogène. À lui seul, ce changement réduirait considérablement l’impact environnemental global de notre mix énergétique national.

L'électrification des véhicules, largement soutenue par la production d'hydrogène, constitue un secteur offrant d'importantes perspectives. S'il n'est pas encore raisonnable d'électrifier l'ensemble des véhicules, certaines flottes, telles que celles dédiées à la livraison locale, au transport local et aux véhicules particuliers, représentent une alternative efficace du point de vue de l'utilisation de l'énergie. Les interrogations actuelles concernant l'impact environnemental global des batteries au lithium utilisées dans le secteur des transports peuvent trouver une réponse partielle dans le recours à des piles à combustible à hydrogène pour alimenter ces véhicules.

Près d'un tiers supplémentaire de notre énergie nationale provient du gaz naturel, dont les utilisations sont plus diversifiées et qui constitue une ressource énergétique bien plus propre que le pétrole. Abondant et bien maîtrisé, son utilisation devrait continuer à se développer, notamment en tant que source d'hydrogène via la conversion catalytique, par utilisation directe dans des piles à combustible au méthane à haut rendement, ainsi que dans le cadre de technologies en cours de développement.

On estime qu’au cours de la prochaine décennie, la consommation et la demande d’énergie continueront d’augmenter de plus de 5 % par an, ce qui laisse penser que l’utilisation de l’hydrogène et, potentiellement, celle de petits réacteurs modulaires remplaceront des sources telles que le charbon. D’ici 2030, l’objectif national actuel est que l’hydrogène et d’autres sources fournissent une énergie de base décentralisée couvrant jusqu’à 40 % des besoins en énergie électrique des États-Unis. Une grande partie de cet objectif peut être atteinte grâce aux technologies actuelles et, à coup sûr, grâce aux technologies dont le développement est actuellement prévu.

Pour mettre en place un mix énergétique mondial durable, multifonctionnel et issu de sources multiples, il est important d'investir dans la recherche et le développement des nouvelles technologies et infrastructures nécessaires à la production, au stockage et au transport de l'hydrogène. Cela implique notamment la mise en place des infrastructures nécessaires, telles que des gazoducs et des installations de stockage, ainsi que le développement de nouveaux matériaux et technologies pour la production et le transport de l'hydrogène.

Dans l'ensemble, le mix énergétique_{de l'hydrogène} a le potentiel de jouer un rôle majeur dans un mix énergétique mondial durable, multifonctionnel et issu de sources multiples ; la poursuite des investissements et de l'innovation dans le domaine de l'hydrogène est donc essentielle pour garantir un avenir énergétique plus durable, plus résilient et plus sûr.