L'hydrogène représente une option prometteuse pour une énergie puissante et propre.

Les scientifiques et les ingénieurs de tout le pays célèbrent la Journée nationale de l'hydrogène et des piles à combustible tous les 8 octobre, une date judicieusement choisie pour le poids atomique de l'hydrogène (1,008).

Le carburant hydrogène jouera un rôle dans la promotion d'un environnement plus propre et dans la réduction de l'utilisation des combustibles fossiles dans de nombreuses industries. Par exemple, les piles à combustible à hydrogène sont attrayantes en tant que sources d'énergie alternatives pour les véhicules, les bâtiments et d'autres applications en raison de leur temps de ravitaillement rapide, de leurs rendements élevés, de leurs densités d'énergie élevées et de l'absence d'émissions ou de sous-produits nocifs.

Mais avant que l'hydrogène puisse atteindre son plein potentiel, il doit être moins cher et plus facile à produire.

Les scientifiques du laboratoire national d'Argonne du Département américain de l'énergie (DOE) s'efforcent d'améliorer les performances et de réduire le coût des technologies de l'hydrogène et des piles à combustible, grâce à des solutions de recherche et développement allant de l'échelle atomique à l'échelle commerciale.

Dans le cadre de la célébration nationale, ils répondent aux questions courantes concernant l'hydrogène en tant que vecteur énergétique.

D'où vient l'hydrogène ?

L'hydrogène est l'élément chimique le plus simple, composé d'un seul proton et d'un seul électron. C'est aussi l'élément le plus abondant de l'univers, constituant environ 75% de toute la matière normale. La molécule d'hydrogène (deux atomes d'hydrogène réunis) contient une quantité substantielle d'énergie.

De grandes quantités d'hydrogène existent dans l'eau et les êtres vivants, mais les molécules d'hydrogène ne se produisent généralement pas d'elles-mêmes sur Terre. Ici, l'hydrogène doit généralement être produit à partir d'autres substances qui en contiennent. Les scientifiques utilisent actuellement une variété de méthodes pour cela. L'une des principales approches actuelles pour produire de l'hydrogène sans utiliser de combustibles fossiles consiste à séparer l'eau à l'aide d'énergie nucléaire ou de sources d'énergie renouvelables, telles que l'énergie éolienne, solaire, géothermique et hydroélectrique.

Les scientifiques développent également des processus plus efficaces pour soutenir la future production de carburant hydrogène. Une approche potentielle consiste à produire de l'hydrogène à partir de biomasse, comme des bactéries et des algues, en exploitant et en imitant des processus biologiques tels que la photosynthèse.

Qu'est-ce qu'une pile à hydrogène ?

Les piles à combustible à hydrogène convertissent l'énergie chimique stockée dans l'hydrogène et l'oxygène gazeux en électricité. Contrairement aux moteurs à combustion à essence, il n'y a pas de dioxyde de carbone ou d'autres émissions nocives. Les seuls gaz d'échappement sont la chaleur et l'eau. Et contrairement aux batteries, les piles à combustible ne nécessitent pas de longues recharges.

À l'intérieur de la cellule, les molécules d'hydrogène sont divisées en protons et en électrons. Les électrons circulent dans un circuit, créant une source d'électricité utilisable. Dans le même temps, les protons se combinent avec les électrons et les molécules d'oxygène de l'air ambiant pour produire de l'eau et de la chaleur, les seules émissions.

Comment utiliser les piles à hydrogène ?

Les technologies de carburant à l'hydrogène pourraient être appliquées dans de nombreux secteurs de l'économie. Les piles à combustible à hydrogène peuvent fournir de l'énergie pour les transports, la construction d'infrastructures, le stockage d'énergie pour le réseau et plus encore.

Par exemple, les bâtiments résidentiels et commerciaux pourraient utiliser l'hydrogène comme alimentation de secours. Les véhicules sont déjà alimentés par des piles à combustible à hydrogène, et cette technologie deviendra plus populaire à mesure que les technologies s'amélioreront. Cela s'applique non seulement aux voitures, mais également aux bus, trains, bateaux, avions et véhicules tout-terrain et autres véhicules lourds. Les stations de vente au détail à travers le pays pourraient stocker et distribuer de l'hydrogène en toute sécurité dans un proche avenir.

Quels sont les obstacles à la mise en œuvre à grande échelle de l'hydrogène ?

L'hydrogène présente une voie prometteuse pour l'énergie propre à grande échelle, mais la production d'hydrogène fiable, abordable et sûr s'accompagne de certains défis.

Par exemple, la production d'hydrogène propre nécessite souvent des catalyseurs, qui sont des substances qui augmentent la vitesse des réactions chimiques. Beaucoup de ces catalyseurs utilisent des matériaux rares, tels que le platine et l'iridium. L'accent est actuellement mis sur le développement d'approches qui réduiront le besoin de catalyseurs contenant ces matériaux et d'autres matériaux coûteux et critiques.

La construction d'une infrastructure nationale de livraison d'hydrogène est également un défi de taille. Les villes, les autoroutes, les aéroports et bien d'autres nécessiteront d'importants changements d'infrastructure pour permettre le stockage, le transport et le ravitaillement en hydrogène.

La durabilité et les performances présentent également des défis, tant pour la production d'hydrogène à partir de l'eau que pour l'utilisation de l'hydrogène dans les piles à combustible. Dans des conditions de fonctionnement réalistes, les piles à combustible doivent maintenir leurs performances pendant de longues périodes (plus d'un million de kilomètres pour les camions long-courriers) dans toutes sortes de conditions.

Les scientifiques d'Argonne s'attaquent à ces défis sous de nombreux angles, en tirant parti d'installations et d'une expertise de classe mondiale pour faire progresser la science de l'hydrogène et accélérer la recherche et le développement sur les piles à combustible.

Leurs recherches rendent les piles à combustible plus abordables et plus durables ; améliorer l'efficacité, la durabilité et le coût des véhicules à pile à combustible ; quantifier l'empreinte carbone des différentes méthodes de production et d'utilisation de l'hydrogène; et réduire le coût de l'hydrogène produit à partir de la substance la plus abondante et la plus décarbonée sur Terre :l'eau. + Explorer plus loin

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