Qu'est-ce que l'hydrogène et peut-il vraiment devenir une solution au changement climatique ?

L'hydrogène, ou H₂, suscite beaucoup d'attention ces derniers temps alors que les gouvernements des États-Unis, du Canada et de l'Europe pousser pour couper leurs émissions de gaz à effet de serre.

Mais qu’est-ce que H₂ exactement et est-ce vraiment une source d’énergie propre ?

Je me spécialise dans rechercher et développer des techniques de production de H₂.Voici quelques faits clés sur ce produit chimique polyvalent qui pourrait jouer un rôle beaucoup plus important dans nos vies à l’avenir.

Alors, qu’est-ce que l’hydrogène ?

Hydrogène est le élément le plus abondant dans l'univers, mais parce qu’il est très réactif, on ne le trouve pas seul dans la nature.Au lieu de cela, il est généralement lié à d’autres atomes et molécules présents dans l’eau, le gaz naturel, le charbon et même à des matières biologiques comme les plantes et le corps humain.

L'hydrogène peut cependant être isolé.Et à elle seule, la molécule H₂ est un vecteur d’énergie très efficace.

C'est déjà utilisé dans l'industrie fabriquer ammoniac, méthanol et acier et dans raffinage huile brute.En tant que carburant, il peut stocker de l'énergie et réduire les émissions des véhicules, y compris les bus et cargos.

L’hydrogène peut également être utilisé pour produire de l’électricité avec moins d’émissions de gaz à effet de serre que les centrales électriques au charbon ou au gaz naturel.Ce potentiel retient davantage l'attention à mesure que NOUS.le gouvernement propose de nouvelles règles cela obligerait les centrales électriques existantes à réduire leurs émissions de dioxyde de carbone.

Parce qu'il peut être stocké, H₂ pourrait aider à surmonter les problèmes d'intermittence associés aux sources d'énergie renouvelables comme l'énergie éolienne et solaire.Il peut également être mélangé au gaz naturel dans les centrales électriques existantes pour réduire les émissions de l’usine.

L'utilisation de l'hydrogène dans les centrales électriques peut réduire les émissions de dioxyde de carbone lorsqu'il est mélangé ou seul dans turbines spécialisées, ou dans piles à combustible, qui consomment du H₂ et de l'oxygène, ou O₂, pour produire de l'électricité, de la chaleur et de l'eau.Mais ce n’est généralement pas entièrement sans CO₂.Cela s’explique en partie par le fait que l’isolation du H₂ de l’eau ou du gaz naturel demande beaucoup d’énergie.

Comment est produit l’hydrogène ?

Il existe quelques façons courantes de produire du H₂ :

• Électrolyse peut isoler l'hydrogène en divisant l'eau – H₂O – en H₂ et O₂ à l'aide d'un courant électrique.

• Reformage du méthane utilise de la vapeur pour diviser le méthane, ou CH₄, en H₂ et CO₂.L'oxygène et la vapeur ou le CO₂ peuvent également être utilisés pour ce processus de division.

• Gazéification transforme les matériaux à base d’hydrocarbures – notamment biomasse, du charbon ou même déchets municipaux – en gaz de synthèse, un gaz riche en H₂ qui peut être utilisé comme combustible soit seul, soit comme précurseur pour produire des produits chimiques et des carburants liquides.

Chacun a des avantages et des inconvénients.

Vert, bleu, gris – que signifient les couleurs ?

L’hydrogène est souvent décrit par des couleurs pour indiquer à quel point il est propre ou sans CO₂.Le plus propre est hydrogène vert.

Vert H₂ est produit par électrolyse alimentée par des sources d’énergie renouvelables, telles que l’énergie éolienne, solaire ou hydroélectrique.Bien que l’hydrogène vert soit totalement sans CO₂, il est coûteux, environ 4 à 9 $ US par kilogramme (2 à 4 dollars par livre) en raison de la grande énergie requise pour diviser l'eau.

D’autres techniques moins gourmandes en énergie permettent de produire du H₂ à moindre coût, mais elles émettent néanmoins des gaz à effet de serre.

Gris H₂ est le type d’hydrogène le plus courant.Il est fabriqué à partir de gaz naturel par reformage du méthane.Ce processus libère du dioxyde de carbone dans l'atmosphère et coûte environ 1 $ à 2,50 $ par kilogramme (50 cents - 1 $ la livre).

Si les émissions de CO₂ de l’hydrogène gris sont captées et verrouillées afin qu’elles ne soient pas rejetées dans l’atmosphère, elles peuvent devenir hydrogène bleu.Les coûts sont plus élevés, autour 1,50 $ à 3 $ par kilogramme (70 cents - 1,50 $ la livre) à produire, et les émissions de gaz à effet de serre peuvent encore s'échapper lorsque le gaz naturel est produit et transporté.

Une autre alternative est hydrogène turquoise, produit à partir de ressources renouvelables et non renouvelables.Les ressources renouvelables fournissent une énergie propre pour convertir méthane – CH₄ – en H₂ et carbone solide, plutôt que le dioxyde de carbone qui doit être capté et stocké.Ce type de technologie de pyrolyse est encore neuf et son coût est estimé entre 1,60 $ et 2,80 $ le kilogramme (70 cents - 1,30 $ la livre).

Pouvons-nous éteindre les lumières sur les combustibles fossiles maintenant ?

Plus de 95% du H₂ produit aux États-Unis c’est aujourd’hui de l’hydrogène gris fabriqué à partir de gaz naturel, toujours émetteur de gaz à effet de serre.

La possibilité pour H₂ de devenir une alternative au gaz naturel pour l’industrie électrique et d’autres utilisations, telles que les transports, le chauffage et les processus industriels, dépendra de la disponibilité d’une énergie renouvelable à faible coût pour l’électrolyse afin de générer de l’H₂ vert.

Cela dépendra également du développement et expansion de pipelines et d’autres infrastructures pour stocker, transporter et distribuer efficacement H₂.

Sans infrastructure, la consommation de H₂ ne se développera pas rapidement.Il s’agit d’une version moderne de « Qu’est-ce qui est arrivé en premier, la poule ou l’œuf ? » L’utilisation continue de combustibles fossiles pour la production d’H₂ pourrait stimuler les investissements dans les infrastructures H₂, mais l’utilisation de combustibles fossiles libère des gaz à effet de serre.

Quel avenir pour l’hydrogène ?

Bien que l'hydrogène vert et bleu des projets voient le jour, ils sont petits jusqu'à présent.

Des politiques telles que les limites d’émissions de gaz à effet de serre en Europe et les États-Unis d’ici 2022 Loi sur la réduction de l'inflation, qui offre des crédits d'impôt allant jusqu'à 3 $ par kilogramme (1,36 $ par livre) de H₂, pourrait contribuer à rendre l'hydrogène plus propre plus compétitif.

La demande en hydrogène devrait augmenter jusqu'à deux à quatre fois son niveau actuel d’ici 2050.Pour que cet H₂ soit vert, il faudrait des quantités importantes d’énergie renouvelable en même temps que de nouvelles centrales électriques solaires, éoliennes et autres énergies renouvelables sont construites pour fournir de l’électricité directement au secteur électrique.

Si l’hydrogène vert constitue une tendance prometteuse, ce n’est pas la seule solution pour répondre aux besoins énergétiques mondiaux et aux objectifs énergétiques sans carbone.Une combinaison de sources d’énergie renouvelables et d’H₂ propre, notamment bleu, vert ou turquoise, sera probablement nécessaire pour répondre aux besoins énergétiques mondiaux de manière durable.