Le géant de l'énergie AGL a dévoilé cette semaine son intention de produire de l'hydrogène dans sa centrale à charbon Loy Yang A. Mais comment transformer le charbon, qui est souvent considéré comme simplement fait de carbone, en hydrogène – un élément complètement différent ?

En réalité, le charbon n'est pas seulement fait de carbone. Il contient également d'autres éléments, dont l'un est l'hydrogène. Mais pour obtenir beaucoup d'hydrogène, le charbon doit être "gazéifié" plutôt que brûlé, créant des composés qui peuvent ensuite réagir avec de l'eau pour produire de l'hydrogène. C'est de là que provient la majorité de l'hydrogène dans ce cas, pas du charbon lui-même.

De quoi est fait le charbon ?

En termes simples, le charbon est un mélange de deux composants :la matière carbonée (les restes en décomposition de la végétation préhistorique) et la matière minérale (qui provient du sol à partir duquel le charbon est extrait). La matière carbonée est composée de cinq éléments principaux :le carbone, hydrogène, oxygène, l'azote et le soufre.

Vous pouvez considérer le processus de formation du charbon comme une progression de la biomasse (matière végétale nouvellement morte) au charbon de bois (carbone presque pur). Heures supplémentaires, l'oxygène et un peu d'hydrogène sont progressivement éliminés, laissant de plus en plus de carbone derrière.

Le lignite contient ainsi un peu plus d'hydrogène que le charbon noir, bien que la plus grande différence entre les deux réside dans leur teneur en carbone et en oxygène.

Qu'est-ce que la gazéification ?

Nous pouvons comprendre la gazéification en comprenant d'abord la combustion. La combustion, ou brûlant, est l'oxydation complète d'un combustible tel que le charbon, un processus qui produit de la chaleur et du dioxyde de carbone. Le dioxyde de carbone lui-même ne peut pas être oxydé davantage, et est donc le produit final non combustible du processus de combustion.

En gazéification, cependant, le charbon n'est pas complètement oxydé. Au lieu, le charbon réagit avec un composé appelé agent de gazéification. La gazéification est endothermique, ce qui signifie qu'il ne produit pas de chaleur. Plutôt l'inverse, en fait, il a besoin d'un apport de chaleur pour progresser. Parce que le gaz résultant n'est pas complètement oxydé, cela signifie qu'il peut lui-même être brûlé comme combustible.

Alors comment fait-on de l'hydrogène ?

Maintenant, nous connaissons les concepts clés, reprenons au début. Pour produire de l'hydrogène à partir du charbon, le processus commence par une oxydation partielle, ce qui signifie qu'un peu d'air est ajouté au charbon, qui génère du gaz carbonique par combustion traditionnelle. Pas assez est ajouté, bien que, pour brûler complètement le charbon – juste assez pour produire de la chaleur pour la réaction de gazéification. L'oxydation partielle fabrique également son propre agent de gazéification, gaz carbonique.

Le dioxyde de carbone réagit avec le reste du carbone dans le charbon pour former du monoxyde de carbone (c'est la réaction de gazéification endothermique, qui a besoin d'un apport de chaleur). Pas encore d'hydrogène.

Le monoxyde de carbone dans le flux de gaz est maintenant mis à réagir avec de la vapeur, produisant de l'hydrogène et du dioxyde de carbone. Maintenant nous fabriquons de l'hydrogène. L'hydrogène peut ensuite passer dans une pile à combustible sur site pour produire de l'électricité à haut rendement, bien que le plan de Loy Yang A soit de pressuriser l'hydrogène et de l'expédier au Japon pour leur vitrine olympique.

Les charbons bruns sont généralement préférés pour la gazéification aux charbons noirs pour plusieurs raisons, ce qui fait de la lignite de la vallée de Latrobe de Victoria une bonne perspective pour ce processus.

La raison principale est que, en raison de la forte teneur en oxygène de ce type de charbon, il est moins stable chimiquement et donc plus facile à briser lors de la réaction de gazéification. De plus, il y a un petit coup de pouce de l'hydrogène qui est déjà présent dans le charbon.

L'hydrogène ainsi produit n'est pas un carburant à zéro émission. Le dioxyde de carbone est émis par les réactions de combustion et de décomposition thermique, et est également un produit de la réaction entre le monoxyde de carbone et l'eau pour produire de l'hydrogène et du dioxyde de carbone.

Alors pourquoi s'embêter à fabriquer de l'hydrogène ?

Lorsque l'hydrogène est utilisé comme carburant, il ne libère que de l'eau en tant que sous-produit. Cela en fait un carburant propre à zéro émission, au moins au point d'utilisation.

Produire de l'hydrogène à partir du charbon dans une grande, centrale permet de mettre en place un contrôle de la pollution. Particules, et potentiellement du dioxyde de carbone, peut être retiré du flux de gaz de manière très efficace.

Ce n'est pas possible à petite échelle, comme pendre à l'arrière de votre voiture. Le transport routier émet actuellement chaque jour des niveaux dangereux de polluants dans nos villes.

Les procédés de gazéification qui utilisent des piles à combustible à hydrogène sur site peuvent augmenter considérablement leur efficacité par rapport à l'énergie traditionnelle au charbon. Cependant, selon l'utilisation finale de l'hydrogène, et les processus de transport ultérieurs, vous pourriez être mieux en termes de production d'énergie, ou l'efficacité (et donc les émissions de carbone), il suffit de brûler directement le charbon pour produire de l'électricité.

Mais en utilisant la gazéification du charbon pour fabriquer de l'hydrogène, nous pouvons commencer à construire des infrastructures indispensables et à développer des marchés de consommation (c'est-à-dire, véhicules à pile à combustible à hydrogène) pour un futur carburant vraiment propre.

Je prédis que l'hydrogène sera un jour à zéro émission. Il peut être fabriqué de diverses manières par fractionnement de l'eau pure (y compris l'électrolyse, ou par des technologies solaires thermochimiques et photoélectrochimiques, pour n'en citer que quelques-uns). Ce n'est pas encore là en termes de prix ou de praticité, mais il est certainement en route. Entre-temps, stimuler le développement de l'économie de l'hydrogène par la production à partir de charbon est, dans mon livre, pas une mauvaise idée dans l'ensemble.

Cet article a été initialement publié sur The Conversation. Lire l'article original.