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De grands espoirs pour l'hydrogène - Un regard sur les technologies futures

Quel rôle joue l'hydrogène dans la conception d'une logistique sans émission de gaz à effet de serre ? Un bilan sur la source d'énergie hydrogène ou H2.

La rubrique "Du laboratoire du futur" présente les résultats de la division Recherche et développement de l'entreprise, qui travaille en étroite collaboration avec différents départements et branches, ainsi qu'avec le DACHSER Enterprise Lab du Fraunhofer IML et d'autres partenaires de recherche et de technologie.

Les transports et la logistique fondent de grands espoirs sur l'utilisation de l'hydrogène (H2) comme carburant, des espoirs tout à fait justifiés. Il s'agit de l'élément chimique le plus répandu dans l'univers et le seul à offrir trois options à la base de la protection du climat, même s'il reste un certain nombre d'obstacles à surmonter.

Tout d'abord, il est possible de produire ce gaz volatil en ne générant aucune émission locale. Dans un processus appelé électrolyse, un courant électrique est appliqué à l'eau (H2O), la séparant en oxygène et en hydrogène. Si l'électricité provient d'une source renouvelable telle que l'énergie solaire, éolienne ou hydroélectrique, ce processus peut être considéré comme respectueux du climat.

Étant donné que l'électrolyse consomme près d'un tiers d'énergie de plus que celle stockée dans l'hydrogène qu'elle produit, l'un des principaux défis à relever sur la voie d'une économie durable de l'hydrogène sera de fournir suffisamment d'électricité verte à un prix abordable.

Un aspect souvent oublié est qu'à l'heure actuelle, l'électrolyse nécessite encore de l'eau douce d'une pureté équivalente à celle de l'eau potable - et près de dix litres par kilogramme d'hydrogène. Cela signifie que les régions arides bénéficiant d'un ensoleillement abondant les mettant en lice pour devenir des centres clés de production d'hydrogène  devront également investir dans le dessalement de l'eau de mer.

Deuxièmement, tant d'espoirs sont placés dans l'hydrogène parce qu'il est l'élément de base de tous les carburants synthétiques, également appelés synfuels, powerfuels, power-to-liquid fuels ou power-to-gas fuels. Le premier élément du tableau périodique peut se lier au carbone et à l'oxygène pour former diverses chaînes d'hydrocarbures, dont le méthane, le méthanol, le diesel et le kérosène. Le problème, c'est que ces processus sont également très consommateurs d'énergie.

Ce que l'on oublie souvent, c'est que ces carburants ne nécessitent pas seulement de l'hydrogène vert, mais aussi du dioxyde de carbone, qui doit d'abord être extrait de l'atmosphère. Ce n'est que si cette opération est réalisée sans produire d'émission que le biocarburant obtenu est neutre pour le climat. Selon le carburant, seuls 40 à 60 % de l'énergie présente dans l'énergie renouvelable utilisée au début de la chaîne de processus sont transférés. C'est pourquoi ces procédés sont souvent considérés comme non rentables. Mais les carburants synthétiques sont une option intéressante lorsque l'électricité ou l'hydrogène ne peuvent pas être utilisés pour alimenter directement les moteurs ou le transport d'énergie, par exemple dans les applications maritimes et aériennes.

H2 comme "moteur" de la pile à combustible

Troisièmement, et surtout, le H2 est un élément clé de la solution car il peut être reconverti en électricité sans émettre de gaz à effet de serre ou de polluants atmosphériques. C'est ce qui se passe à l'intérieur d'une pile à combustible, qui peut être considérée comme le pendant de l'électrolyse. Dans le cadre de ce que l'on appelle une réaction d'oxydoréduction, les électrons passent de l'hydrogène à l'oxygène atmosphérique. Cela produit de l'électricité qui peut être utilisée pour alimenter des moteurs ou charger des batteries. Les seuls "déchets" sont de la vapeur propre et de la chaleur. Les véhicules commerciaux utilisent des piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEM), qui se sont révélées très efficaces. Les simulations de Dachser ont indiqué qu'un tracteur de caisse mobile PEMFC consommerait un peu moins de dix kilogrammes d'H2 aux 100 kilomètres.

Malgré les premiers résultats positifs obtenus avec le prototype PEM et les camions de petite série, il reste plusieurs détails à régler avant que ce type de pile à combustible ne devienne réellement une option pratique. Par exemple, tant l'hydrogène que l'oxygène atmosphérique aspiré doivent être extrêmement purs pour éviter que les composants sensibles de la pile à combustible ne soient contaminés trop rapidement et ne compromettent la durée de vie du système. Outre une technologie de filtration de l'air coûteuse, les constructeurs automobiles doivent utiliser H2 5.0, ce qui signifie que l'hydrogène doit avoir une pureté certifiée d'au moins 99,999 % - un défi de taille pour l'ensemble du système d'approvisionnement en H2.

Un autre défi consiste à déterminer la meilleure façon de stocker l'hydrogène dans le camion. Doit-il être stocké dans des réservoirs pressurisés à 350 bars, comme c'est souvent le cas dans les bus actuels ? Ou être liquéfié à des températures extrêmement basses comme le gaz naturel liquéfié (GNL) ? Les fabricants adoptent des approches différentes, mais on s'attend à ce que, lorsque la capacité de stockage et l'autonomie maximales sont les facteurs décisifs, un réservoir contenant du H2 liquide froid soit probablement la meilleure option.

En résumé, l'hydrogène a le potentiel pour s'imposer, aux côtés de l'utilisation directe de l'énergie renouvelable, comme la technologie décisive pour le transport et la logistique. Il faudra attendre la fin de la décennie pour savoir si cette technologie répondra aux attentes élevées qu'elle suscite. Les constructeurs de véhicules utilitaires sont de plus en plus nombreux à vouloir faire de cette technologie d'avenir une innovation en matière de protection du climat et de logistique.

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