L'hydrogène : Photosynthèse artificielle et carburant propre

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Mis à jour le: 27 Déc 2020

Dans le dernier chapitre, nous avons vu que les batteries nous permettent de remplacer 71% des carburants à base de pétrole par de l’électricité . Ceci est valable pour les voitures, les camions et autres transports terrestres, mais les batteries ne peuvent pas contenir assez d’énergie par kg pour que les avions ou les navires soient électriques .

L’hydrogène peut aider ici et, une fois qu’il sera moins cher, il pourrait également être utilisé pour alimenter les voitures ! Comment ? L’hydrogène contient 128 fois plus d’énergie que les batteries lithium-ion par kilogramme .

Image of Énergie spécifique de l’hydrogène et des batteries lithium-ion

Énergie spécifique de l’hydrogène et des batteries lithium-ion

Dans la nature, l’hydrogène (H) apparaît généralement comme une paire de deux atomes (H₂). Ceci est également vrai pour l’oxygène (O₂).

L’eau (H₂O) est faite d’hydrogène et d’oxygène. Tu n’as probablement jamais vu l’eau se diviser en H₂ et O₂, n’est-ce pas ? Ceci est dû au fait que l’eau est un composé stable. Diviser H₂O nécessite de l’énergie . Par conséquent, nous pouvons stocker de l’énergie en divisant l’eau (2H₂O) en 2H₂ et O₂ , et plus tard récupérer cette énergie en les rapprochant.

Du combustible à partir de l’eau ?

L’idée est simple : utiliser de l’électricité propre (à partir d’énergies renouvelables ou nucléaires) pour diviser l’eau par un processus appelé électrolyse.

Image of Électrolyse

Électrolyse

Ensuite, nous pouvons retransformer H₂ en électricité en utilisant ce que l’on appelle une pile à combustible à hydrogène :

Image of Pile à combustible à hydrogène

Pile à combustible à hydrogène

Comment l’hydrogène est-il produit aujourd’hui ?

La demande d’hydrogène a fortement augmenté depuis 1975 . Et, parce que l’hydrogène aujourd’hui est fait à partir de gaz naturel, le produire cause 2% des émissions mondiales de CO₂ !

Pourquoi utiliser du gaz au lieu des énergies renouvelables ? Le coût. Mais grâce à l’innovation et au déploiement accru de l’énergie solaire et éolienne, nous pourrions réduire de beaucoup ces coûts :

Image of Le prix de l’hydrogène

Le prix de l’hydrogène

Que faut-il changer ?

Une efficacité globale plus élevée : Plus la quantité d’hydrogène comprimé que nous obtenons de chaque unité d’énergie est importante, mieux c’est.

Une électrolyse moins chère : L’énergie ne représente qu’une partie du coût de l’hydrogène . Les électrolyseurs doivent devenir entre 20 et 50% moins chers pour suivre la prédiction du graphique que nous avons montré avant .

L’infrastructure : Les gaz sont difficiles à transporter. Pour éviter l’énorme coût initial de construction de pipelines, l’hydrogène (H₂) pourrait être produit près de l’endroit où il serait utilisé . C’est un compromis, puisque la construction de nombreux électrolyseurs de petite taille serait probablement plus coûteuse que celle de quelques électrolyseurs de grande taille .

La photosynthèse artificielle peut-elle aider ?

Image of Efficacité de la photosynthèse

Efficacité de la photosynthèse

Et si nous pouvions faire ce que les plantes font pour produire de l’énergie, mais en mieux ?

Du point de vue d’un ingénieur, les plantes sont des machines qui transforment le CO₂, l’eau et l’énergie en sucres et en oxygène .

Image of L’équation de la photosynthèse

L’équation de la photosynthèse

Les chercheurs travaillent sur la photosynthèse artificielle, une technologie qui transforme directement l’eau, la lumière du soleil et l’air en H₂ et O₂ , ou même en carburants similaires à ceux que nous utilisons aujourd’hui dans les voitures !

Si l’on enregistre bien des progrès, même les chercheurs qui travaillent sur ce sujet disent que la photosynthèse artificielle ne sera pas une technologie abordable dans un avenir proche, ni même dans 20 ans.

Le prix et le piège des batteries à hydrogène

Image of Les batteries sont devenues moins chères !

Les batteries sont devenues moins chères !

En plus de l’innovation, une demande accrue a permis une économie d’échelle  où les choses deviennent moins chères si nous en fabriquons plus.

Par exemple, pour produire un sac de chips, tu dois construire une ferme de pommes de terre et une usine de production de chips. Si ensuite tu produis 100 000 sacs de plus et que tu divises le coût initial entre eux, chaque sac sera moins cher !

Étant donné que cela a déjà eu lieu pour les batteries des voitures, l’hydrogène pourrait avoir du mal à rattraper son retard .

Conclusion

L’hydrogène pourrait remplacer les carburants à base de pétrole pour les avions et les bateaux, ce que les batteries ne peuvent pas faire.

Diminuer les coûts de la production, de la compression, du stockage et du transport de l’hydrogène pourrait avoir un impact énorme sur l’ensemble de l’écosystème énergétique et, en tant qu’effet secondaire, cela pourrait aider à éviter les 2% d’émissions mondiales liées à la production d’hydrogène aujourd’hui .

Nous avons besoin d’innovation !

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