Lettre de Kasuku  N°15 :

Le mirage de l'hydrogène

Il est tentant d'imaginer qu'on puisse produire de l'hydrogène lorsqu'il y a excès d'électricité et retransformer cet hydrogène en électricité lorsqu'on en a besoin. C'est ce que nous assurent tous les défenseurs de la Planète. Mais voilà, ce n'est pas si facile !

L'hydrogène existe surtout comme un des composants de l'eau et du méthane. Une molécule d'eau, H2O est constituée de deux atomes d'hydrogène et un atome d'oxygène. Le méthane CH4 est constitué d'un atome de carbone et de 4 atomes d'hydrogène.

Molécule d'eau H2O

Molécule de méthane CH4   

Les liaisons entre ces atomes sont extrêmement fortes et il faut beaucoup d'énergie pour les dissocier les uns des autres. Il existe plusieurs moyens de produire de l'hydrogène :

A partir du méthane

Le gaz naturel est composé essentiellement de méthane CH4. Pour dissocier cette molécule il faut mélanger le méthane à de la vapeur d'eau en présence d'un catalyseur à une température d'environ 900° et une pression de 25 bars. La première réaction est : 

CH4 + H2O ⇨ CO + 3H2 . 

Une deuxième réaction permet de transformer le CO en CO2 libérant encore un peu d'hydrogène : 

CO + H2O ⇨ CO2 + H2.

C'est actuellement la méthode la plus utilisée pour la fabrication industrielle d'hydrogène dont la production mondiale atteint environ 60 millions de tonnes par an. L'inconvénient de ce procédé est qu'il faut disposer de méthane et que la réaction est émettrice d'une quantité non négligeable de CO2. Quant à l'énergie nécessaire, il faut compter environ 3.5 kWh par mètre cube d'hydrogène produit à pression ordinaire.

L'usage de l'hydrogène est surtout réservé au raffinage des hydrocarbures et à la production d'hydrogène sulfuré H2S pour la synthèse de l'ammoniac nécessaire à la production des engrais azotés.

Mais, si c'est dans le but de stocker de l'énergie, on n'a aucun avantage à produire de l'hydrogène à partir du méthane car la combustion d'un mètre cube de méthane libère une énergie de 10 kWh alors qu'un mètre cube d'hydrogène ne libère que 3 kWh.

Par électrolyse de l'eau

C'est la solution que nous proposent les supporters des éoliennes et des panneaux photovoltaïques. Un courant électrique continu circule dans de l'eau légèrement salée pour améliorer sa conductibilité. L'énergie électrique dissocie les molécules d'eau. L'hydrogène se dégage au-dessus de la cathode, l'oxygène au-dessus de l'anode. L'électrolyse d'un litre d'eau nécessite 5 kWh et produit environ un mètre cube d'hydrogène à pression ordinaire.

Principe de l'électrolyse pour

la production d'hydrogène

La densité énergétique de l'hydrogène est faible : la combustion d'un mètre cube d'hydrogène produit 3 kWh ce qui équivaut à l'énergie de 0.3 litre d'essence. De plus, l'électrolyse n'a qu'un rendement d'environ 60%. L'énergie virtuelle enfermée dans un mètre cube d'hydrogène n'est donc plus que de 3 kWh alors qu'il a fallu 5 kWh pour le produire. Il y a donc déjà une certaine perte d'énergie.

Par ailleurs l'hydrogène est un gaz encombrant qu'il faut  comprimer ou liquéfier pour le stocker dans un volume raisonnable. La compression à 700 bars d’un mètre cube nécessite environ 0.5 kWh et sa liquéfaction 1 kWh. Il faut donc près de 5.5 kWh pour produire un mètre cube d'hydrogène et le comprimer à 700 bars.

L'électricité nécessaire à l'électrolyse de l'eau est une énergie qui peut se transformer avec peu de pertes en énergie mécanique. Mais il n'est est n'en est pas de même pour la transformation d'hydrogène en énergie mécanique : l'hydrogène est un combustible et les lois implacables de la thermodynamique nous disent que le rendement de la transformation de chaleur en énergie mécanique n'excède guère 40 % ! Finalement, on ne peut donc espérer récupérer que 12 % de l'énergie qu'il a fallu pour produire l'hydrogène. Le bilan économique est vraiment très faible.

Comment utiliser l'hydrogène ?

La combustion de l'hydrogène transforme à nouveau ce gaz en eau selon le schéma : 

2H2 + O2 = 2 H2O 

Cette énergie est alors restituée sous forme de chaleur et non sous forme mécanique. Si on utilise directement l'hydrogène dans un moteur à explosion, le rendement médiocre n'excède guère 30%. 

On constate donc un grand gaspillage des 5.5 kWh originels qu'il a fallu pour le produire. Par ailleurs, il faut des réservoirs très lourds et capables de résister à une pression de 700 bars. 

On peut aussi transformer directement l'hydrogène en électricité par le biais d'une pile à combustible. Mais là encore, le rendement est assez faible, de l'ordre de 60%. Par ailleurs, une pile à combustible est encore très coûteuse. Elle renferme passablement de métaux rares dont du platine. Son emploi nécessite de l'hydrogène parfaitement dépourvu d'impuretés et sa durée de vie n'excède guère quelques milliers d'heures.

On voit que le stockage de l'énergie électrique par le biais de l'hydrogène est loin d'être la panacée universelle que nous vantent tant les écologistes !

Pour en savoir plus : https://kasuku.ch/presque-tout-sur-lenergie/