Alors pourquoi bouder notre plaisir ?
Tout simplement parce que ne regarder l’hydrogène que du côté de son utilisation revient à occulter la plupart des problèmes. Certes il y a pléthore d’hydrogène sur notre planète. Mais on pourrait en dire autant des électrons, ou même du carbone qu’on trouve partout, y compris dans l’atmosphère, où il y en a plutôt trop, nous disent les climatologues. Le problème tient au fait que l’hydrogène se trouve principalement dans la nature sous forme d’oxyde, H2O, l’eau qui nous entoure, ou d’hydrocarbures, qui contiennent du carbone, de l’hydrogène et plus ou moins d’oxygène. Pour disposer d’hydrogène, il faut donc casser les molécules pour n’en garder que l’hydrogène qui, en brûlant donnera de nouveau de l’eau.
Et cette opération de séparation de l’hydrogène de l’eau ou des hydrocarbures coûte de l’énergie, beaucoup d’énergie.
Si l’on part d’un hydrocarbure, le méthane CH4 par exemple, on obtient par réaction dans un « réformeur » qui peut être embarqué dans une automobile, de l’hydrogène avec un rendement de l’ordre de 60 %. On consomme alors une ressource fossile qui, elle, n’est pas inépuisable, et d’autre part la réaction dégage du gaz carbonique qu’on voudrait bien justement éviter d’émettre dans l’atmosphère. Dans ce procédé, il faut dépenser 5 kWh de chaleur pour obtenir 1 m3 d’hydrogène, à son tour susceptible de fournir 3 kWh de chaleur par combustion ou 1,8 kWh d’électricité dans une pile à combustible. Le rendement de production d’électricité ne dépasse donc pas 36%.
On peut aussi partir de l’eau. Deux méthodes se présentent :
Le plus simple est de la décomposer par électrolyse pour séparer l’oxygène de l’hydrogène. Mais il faut aujourd’hui environ 5 kWh d’électricité pour obtenir 1 m3 d’hydrogène. Et la production de l’électricité nécessaire entraîne à son tour des pertes. Si l’électricité est d’origine fossile, on peut la produire avec un rendement de 35 à 50%. La dépense totale d’énergie par m3 atteint donc 10 kWh dans le meilleur des cas et le rendement de l’électricité produite finalement par la pile à combustible au maximum de 1,8/10 = 18%. Si elle est d’origine nucléaire, le rendement est encore plus faible (12%) puisque l’électricité nécessaire à l’électrolyse est produite dans nos réacteurs actuels avec un rendement de 33%. Par contre, avantage évident, pas d’émissions, mais les risques spécifiques du nucléaire. Si elle est d’origine renouvelable (hydraulique, éolienne, etc.), pas non plus d’émissions de gaz à effet de serre, mais reste le problème du rendement global, de la dispersion et de l’intermittence de certaines de ces sources (solaire, éolien) dont les procédés industriels d’électrolyse s’accommodent mal dans l’état actuel des techniques.
L’autre solution imaginée est de décomposer la molécule d’eau par apport de chaleur à haute température. On espère en effet, à condition de mettre au point industriellement les réactions et les catalyseurs adaptés, pouvoir décomposer l’eau à des températures de l’ordre de 800° avec un rendement de l’ordre de 50%. Ce serait évidemment un progrès important puisqu’on n’aurait plus besoin de passer par l’électricité et qu’on se rapprocherait du rendement global de la filière ex-hydrocarbures.
Mais comment produire cette chaleur à haute température sans faire brûler de combustible fossile et donc émettre ces fameux gaz à effet de serre qu’on veut justement éviter ? On peut brûler du bois, utiliser un four solaire à concentration, ou un réacteur nucléaire à très haute température. Ce dernier projet mobilise les promoteurs du nucléaire qui y voient un débouché potentiel majeur à long terme pour leur industrie. Mais il y a encore loin de la coupe aux lèvres, puisque les réacteurs en question ne sont encore qu’à l’état de projet et qu’il n’existe pas à ce jour de démonstration d’une production industrielle d’hydrogène à 800°. On est donc encore là dans le domaine de la recherche en amont, les cycles de réaction envisageables ne sont pas encore choisis ; il n’y a donc pas réel espoir de voir déboucher une solution industrielle avant trente ou quarante ans. Et puis cette solution que certains présentent comme la voie royale, si elle devenait un jour possible, imposerait une très vaste dissémination d’installations nucléaires avec les risques que cela comporte.
Enfin, quelle que soit la méthode employée pour décomposer l’eau (électrolyse ou procédé thermique) il ne peut pas être question d’effectuer l’opération à bord d’un véhicule. L’opération se fera donc dans des installations fixes à partir desquelles il faudra transporter et distribuer l’hydrogène aux usagers. Reste enfin à trouver des solutions de stockage, au niveau des véhicules ou des habitations, de quantités d’hydrogène compatibles avec l’autonomie recherchée. Pour le transport, pas de problème majeur, l’industrie en a déjà l’expérience. Pour le stockage par contre, en particulier à bord des automobiles, l’affaire est moins claire : on peut stocker l’hydrogène sous pression à plusieurs centaines de bars, le liquéfier, ou tenter d’utiliser des matériaux très adsorbants capables d’emmagasiner de grandes quantités d’hydrogène à la pression atmosphérique. Dans le premier cas le poids des réservoirs capables de résister aux pressions envisagées pose un problème, la liquéfaction entraîne quant à elle des dépenses énergétiques importantes. Les solutions à basse pression sont encore à l’état de projet.
Bref, les perspectives et le bilan global de l’opération ne sont pas aussi brillants qu’on veut bien nous le dire. Résumons-nous.
Dans le cas des transports automobiles, considérés comme la voie royale par les promoteurs de l‘hydrogène, c’est avec les piles à combustible utilisant un carburant embarqué (méthanol, méthane, etc.) qu’on obtient les meilleurs rendements
globaux « du puits à la roue », de l’ordre de 30%. C’est un progrès sensible par rapport aux meilleures technologies diesel actuelles (le diesel common rail atteint 21 à 23% de rendement). Aucune pollution locale, ce qui est évidemment un avantage important, mais l’inconvénient d’une production simultanée de gaz carbonique encore importante (de l’ordre de 60 à 70% des émissions actuelles du diesel).
Avec l’électrolyse, à partir d’électricité nucléaire ou renouvelable, on évite cet inconvénient. Mais avec le nucléaire actuel, le rendement global de l’opération « du puits à la roue » tombe nettement au-dessous de 15% ce qui grève d’autant les coûts de production. Même avec les coûts d’électricité de nuit particulièrement bas du nucléaire en France ou de l’hydraulique dans certains pays comme le Canada, l’hydrogène électrolytique coûte en effet deux fois plus cher que l’hydrogène produit à partir du méthane.
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