La NASA a lancé toutes ses missions de navette spatiale en utilisant de l'hydrogène comme carburant. Crédit :NASA, CC PAR
L'hydrogène est le premier élément du tableau périodique. Sous sa forme pure, l'hydrogène est une lumière, gaz incolore, mais forme un liquide à très basse température.
Avez-vous déjà assisté au lancement d'une navette spatiale ? Le carburant utilisé pour éloigner ces énormes structures de l'attraction gravitationnelle de la Terre est l'hydrogène.
L'hydrogène possède également un potentiel en tant que source d'énergie pour nos activités quotidiennes - conduite, chauffer nos maisons, et peut-être plus.
Ce mois-ci, le gouvernement fédéral de coalition a ouvert une consultation publique sur une stratégie nationale de l'hydrogène. Le parti travailliste s'est également engagé à mettre de côté des fonds pour développer de l'hydrogène propre. La réunion des ministres de l'Énergie du COAG en décembre 2018 a indiqué un fort soutien à une économie de l'hydrogène.
Mais l'Australie est-elle prête à explorer cette concurrence, alternative énergétique bas carbone pour le résidentiel, commercial, secteurs de l'industrie et des transports ?
Il y a deux aspects clés pour évaluer notre préparation à une économie de l'hydrogène :le progrès technologique (pouvons-nous réellement le faire ?) et l'acceptation sociétale (l'utiliserons-nous ?).
La technologie est-elle suffisamment mature ?
Le cycle de l'économie de l'hydrogène comprend trois étapes clés :
Production d'hydrogène
Pour que l'hydrogène devienne un futur carburant majeur, l'électrolyse de l'eau est probablement la meilleure méthode de production. Dans ce processus, l'électricité est utilisée pour diviser les molécules d'eau en hydrogène (H₂) et en oxygène (O₂).
Cette technologie devient commercialement réalisable lorsque l'électricité est produite à des coûts relativement bas par des sources renouvelables telles que l'énergie solaire et éolienne. Les coûts pourraient encore baisser dans un proche avenir à mesure que la technologie de production deviendra plus efficace.
Stockage et livraison d'hydrogène
Un stockage et une livraison efficaces sont essentiels pour la manipulation sûre et efficace de grandes quantités d'hydrogène.
Parce qu'il est très léger, l'hydrogène est classiquement comprimé à haute pression, ou liquéfié et stocké à une température extrêmement basse de -253℃. Prendre ces mesures nécessite un investissement énergétique supplémentaire, donc l'efficacité chute jusqu'à 40 %. Mais le stockage et la livraison actuels d'hydrogène reposent toujours sur ces deux technologies – compression et liquéfaction – car elles sont éprouvées et soutenues par une infrastructure et une expérience bien établies.
Une autre option à l'étude (mais nécessitant un développement plus poussé) consiste à combiner l'hydrogène avec d'autres éléments, puis relâchez-le lorsque cela est nécessaire pour l'utiliser.
Actuellement, la plupart des voitures à pile à combustible à hydrogène utilisent des réservoirs renforcés de fibre de carbone pour stocker de l'hydrogène gazeux hautement comprimé. Le coût des réservoirs devra baisser pour rendre cette option plus économique (actuellement plus de quelques milliers de dollars US par unité).
Utiliser l'hydrogène comme carburant
Il existe deux manières principales de convertir l'énergie chimique de l'hydrogène en énergie utilisable (énergie électrique ou énergie thermique). Ces deux approches produisent de l'eau comme sous-produit.
Une façon primitive et directe d'utiliser l'hydrogène consiste à le brûler pour générer de la chaleur, tout comme vous utilisez le gaz naturel pour cuisiner et chauffer dans votre maison.
Un essai prévu en Australie-Méridionale vise à produire de l'hydrogène à partir d'électricité renouvelable, puis l'injecter dans le réseau local de distribution de gaz. Cette façon de « mélanger » les gaz peut éviter le coût de la construction d'infrastructures de livraison coûteuses, mais entraînera des dépenses associées aux modifications apportées aux pipelines existants. Une étude approfondie et des tests de cette activité sont nécessaires.
Lorsqu'il est utilisé dans les piles à combustible à hydrogène, l'énergie est produite lorsque l'hydrogène réagit avec l'oxygène. C'est la technologie utilisée par la NASA et d'autres opérateurs dans les missions spatiales, et par les constructeurs automobiles dans les voitures à pile à combustible à hydrogène. C'est la méthode la plus avancée pour l'utilisation de l'hydrogène à l'heure actuelle.
Ça marche, mais l'accepterons-nous ?
Considérations de sécurité
Comme carburant, l'hydrogène a certaines propriétés qui le rendent plus sûr à utiliser que les carburants plus couramment utilisés aujourd'hui, comme le diesel et l'essence.
L'hydrogène est non toxique. Il est aussi beaucoup plus léger que l'air, permettant une dispersion rapide en cas de fuite. Cela contraste avec l'accumulation de gaz inflammables en cas de fuite de diesel et d'essence, qui peut provoquer des explosions.
Cependant, l'hydrogène brûle facilement dans l'air, et s'enflamme plus facilement que l'essence ou le gaz naturel. C'est pourquoi les voitures à hydrogène sont équipées de réservoirs en fibre de carbone si robustes – pour éviter les fuites.
Lorsque l'hydrogène est utilisé dans des environnements commerciaux comme carburant, une réglementation stricte et des mesures efficaces ont été mises en place pour prévenir et détecter les fuites, et pour évacuer l'hydrogène. Les applications domestiques de carburant hydrogène devraient également résoudre ce problème.
Impact sur l'environnement
D'un point de vue environnemental, le cycle idéal dans une économie de l'hydrogène implique :
Si l'électricité pour l'électrolyse est produite à partir de sources renouvelables, toute cette chaîne de valeur a un impact minimal sur l'environnement et est durable.
Se rapprocher d'une économie de l'hydrogène
Cheap electricity from renewable energy resources is the key in making large-scale hydrogen production via electrolysis a reality in Australia. Internationally it's already clear – for example, in Germany and Texas – that renewable hydrogen is cost competitive in niche applications, although not yet for industrial-scale supply.
Techniques for storage and delivery need to be improved in terms of cost and efficiency, and manufacturing of hydrogen fuel cells requires advancement.
Hydrogen is a desirable source of energy, since it can be produced in large quantities and stored for a long time without loss of capacity. Because it's so light, it's an economical way to transport energy produced by renewables over large distances (including across oceans).
Underpinned by advanced technologies, with strong support by governments, and commitment from many multinational energy and automobile companies, hydrogen fuel links renewable energy with end-users in a clean and sustainable way.
Let's see if hydrogen takes off.
Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original. 
