Lettre de Kasuku  N°35

 A propos de l'hydrogène

Les industriels n'ont pas attendu les appels des écologistes pour s'intéresser à l'hydrogène, ce gaz extrêmement léger qui n'existe pas vraiment sous forme libre dans la nature. Pour obtenir de l'hydrogène, il faut le séparer d'un de ses composants, l'eau (H₂O) ou le méthane (CH₄) par exemple. 

Actuellement pour les besoins de l'industrie, la production mondiale annuelle d'hydrogène est estimée à 60 millions de tonnes. A pression ordinaire, cela correspond à 60 milliards de m³ ! 

Son usage est surtout destiné à la désulfuration des hydrocarbures et à la production de l'ammoniac (NH₃]) nécessaire pour la production des engrais azotés.

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Découverte de l'hydrogène

C'est l'Anglais Henry Cavendish (1731-1810) qui, le premier, en 1766, a isolé "l'air inflammable" qu'il estime être 10 fois plus léger que l'air atmosphérique. Antoine Lavoisier qui constate que la combustion de cet “air inflammable“ produit de l’eau le baptise alors hydrogène ce qui signifie générateur d’eau. Isolés, les atomes d’hydrogène s’associent deux par deux en mettant en commun 2 électrons pour former la molécule appelée dihydrogène forme sous la quelle le gaz hydrogène existe librement.

L’hydrogène se retrouve aujourd’hui au centre de l’actualité grâce aux milieux écologistes qui prônent son utilisation comme source d'énergie *propre". Mais c'est oublier que l'hydrogène n'est qu'un vecteur d'énergie et non une énergie renouvelable. Il faut donc trouver un moyen de produire cet hydrogène.

Production de l'hydrogène

L'hydrogène libre n'existe pratiquement pas dans la nature. Mais il est abondant dans les hydrocarbures, le méthane par exemple (CH₄) et dans l'eau (H₂O). Il faut donc trouver un moyen d'éliminer le carbone du méthane ou l'oxygène de l'eau !

Autrefois, on produisait laborieusement l'hydrogène gazeux en faisant réagir de l'acide sulfurique sur du fer ou du zinc selon la réaction :

                    H2SO4 + Zn → ZnSO4 + H2   ou   H2SO4 + Fe → FeSO4 + H2                                                                 

Les quantités produites suffisaient péniblement à gonfler les ballon atmosphériques. Aujourd'hui, l'hydrogène est principalement extrait du méthane :  aux alentours de 900° et 30 bars ont peut séparer l'hydrogène du méthane selon la réaction :

  CH₄ + H₂O → CO + 3 H₂  réaction suivie d’une autre :   CO + H₂O → CO₂ + H₂

soit finalement :          CH₄ + 2H₂O → CO₂ + 4H₂

Cette méthode, la plus utilisée actuellement, présente l'inconvénient d'émettre des quantités importantes de CO₂ dans l'atmosphère et ce n'est pas évidemment celle que préconisent les écologistes. Ils misent sur l'électrolyse de l'eau.

L’électrolyse de l'eau  

Le procédé de l’électrolyse est bien connu : un courant 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 une dépense d'électricité de 5 kWh et produit un mètre cube d'hydrogène à pression ordinaire. La densité énergétique de l'hydrogène est faible : 1m3 d'hydrogène correspond à l'énergie contenue dans 0.3 litre d'essence. De plus, l'électrolyse n'a qu'un rendement d'environ 60%. L'énergie virtuelle enfermée dans 1 m3 d'hydrogène n'est plus que de 3 kWh alors qu'il a fallu 5 kWh pour le produire. Il y a donc déjà là 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 d’un m3 d’hydrogène à 700 bars nécessite environ 0.45 kWh et sa liquéfaction 1 kWh. 

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. Mais voilà, ce n'est pas si facile !  

On sait que l’électricité peut se transformer avec peu de pertes en énergie mécanique, il n'en est pas de même pour la transformation inverse : 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 35 % !  Par ailleurs, l'hydrogène est explosif et rouler avec des réservoirs d'hydrogène comprimé à 700 bars n'a rien de rassurant.

Finalement, avec les diverses pertes de rendement à chaque étape de sa production, les calculs montrent que l'énergie restituée ensuite par l'hydrogène n'excède guère 28 % de d'énergie qu'il a fallu dépenser pour le produire. Et encore, faut-il s'assurer que l'électricité utilisée pour l'électrolyse me provienne pas d'une centrale à gaz ou à charbon.

Pour en savoir plus : https://kasuku.ch/homme-energie/

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