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      Thème : Prospective
      1ère publication: a=12.12.20       Dernière mise à jour: 13.03.2021

L'hydrogène est-il une solution d'avenir pour le stockage d'énergie ?

Le stockage d'énergie sous forme d'hydrogène - quels intérêts et difficultés ?

L'hydrogène n'est pas une source d'énergie primaire mais un vecteur d'énergie


Produire du dihydrogène (H2) permet de stocker et transporter une partie de l'énergie qui a servi à sa production. Stocker de l'énergie sous forme de dihydrogène implique de perdre une partie importante de l'énergie de départ, à cause du processus de transformation.
L'hydrogène dans le contexte de l'énergie n'apporte pas de solution sur la manière de créer de l'énergie, mais apporte une solution de stockage. La comparaison avec un carburant fossile issu du pétrole comme l'essence ou le kérosène serait biaisée car ces carburants fossiles n'ont demandé que peu d'énergie pour être obtenus : ils sont à la fois source d'énergie et moyen de stockage liquide très pratiques, ne nécessitant qu'un simple récipient ou réservoir (ce qui a fait leur succès).
En résumé :
  • investissez un peu d'énergie pour extraire du pétrole et le transformer, vous obtiendrez beaucoup plus que l'énergie investie, sous forme d'essence/kérosène/etc
  • investissez la même énergie de départ pour obtenir du dihydrogène, vous obtiendrez une quantité bien inférieure à celle investie.


  • Applications déjà existantes de stockage d'énergie sous forme d'hydrogène:


  • bus, chariot élévateur, vélo : des applications sans grande contrainte d'autonomie et d'éloignement des points d'approvisionnement, et ne nécessitant pas un réseau d'approvisionnement à large échelle, ni déployé sur la totalité du territoire.

  • bus hydrogene energie 2018


    Limites et inconvénients de l'hydrogène :


  • l'importance des rendements : avec un rendement à la production d'hydrogène (en partant d'électricité) inférieure à 50%, la quantité d'énergie perdue dans la transformation est loin d'être négligeable. L'hydrogène semble particulièrement adapté à un contexte d'énergie électrique produite en sur-quantité, que l'on chercherait à stocker, même avec un rendement bas.
  • application automobile : en dehors de la difficulté de conception de réservoir à haute pression suffisamment résistant, il y a le problème majeur du réseau de distribution : installer un réseau de distribution d'hydrogène à l'échelle d'un pays est extrêmement coûteux et pose des contraintes techniques importantes. Le problème est bien moindre pour un réseau plus petit et local, où le nombre de points d'approvisionnement est volontairement limité, tel que pour une flotte de bus d'une ville.
  • quelle dépendance aux énergies fossiles ? Fabriquer et maintenir les sources d'énergie fournissant l'électricité nécessaire, fabriquer les convertisseurs, ainsi que les piles ou réservoirs à hydrogène (high-tech) nécessitent matériaux et énergies, actuellement directement ou indirectement liés aux énergies fossiles. Quel avenir pour une filière hydrogène dans un contexte de crise pétrolière ?
  • utilisation à large échelle dans l'aéronautique très improbable aujourd'hui, à cause de la difficulté de stockage d'hydrogène sous haute pression (réservoir nécessitant d'être volumineux et très résistant, donc d'un poids important. Notons aussi la difficulté de produire des quantités massives d'hydrogène pour un secteur aussi énergivore que l'aviation.


  • Ordre de grandeur
  • un kilo d’hydrogène à la pompe permet de parcourir environ 100 km en automobile (automobile moyenne actuelle, c'est à dire d'environ 1,3 tonne).
  • prix en 2020 d'environ 2 € le litre pour de l’hydrogène carboné, et 6 € pour l’hydrogène vert issu d’électrolyseurs [1]


  • L'hydrogène et l'automobile


    Un inconvénient majeur de l'hydrogène appliqué à l'automobile individuelle est le coût de déploiement du réseau de distribution. Convertir une station service au stockage et à la dsitribution d'hydrogène demande des investissements bien plus élevés que dans le cas d'une conversion à l'électrique.

    2021 : "Un rapport du Financial Times a mis en évidence les réticences de plusieurs constructeurs à continuer d'investir dans l'hydrogène.
    « Vous ne verrez aucune utilisation d'hydrogène dans les voitures », a déclaré le PDG de Volkswagen, Herbert Diess, fan déclaré de Elon Musk et Tesla, au Financial Times. « Pas même dans 10 ans, parce que la physique derrière tout cela est tellement déraisonnable. »
    Les constructeurs automobiles européens ne croient plus en l'hydrogène (larevueautomobile.com - 12 mars 2021)


    L'hydrogène et le transport aérien


    Le transport aérien international actuel est dimensionné par l'immense disponibilité du kérosène, son prix très bas, et sa non-taxation.
    Qu'en est-il d'un secteur aérien qui renoncerait au pétrole/kérosène pour passer à une utilisation massive de l'hydrogène, si les technologies de stockage adéquates étaient disponibles ?
    Cette étude [2] avance quelques estimations de la quantité d'hydrogène à produire pour satisfaire le trafic aérien du seul aéroport français Paris-Charles-de-Gaulle :

    "Pour l'aéroport Paris-Charles-de-Gaulle, les chercheurs ont calculé qu'il faudrait entre 10.000 et 18.000 éoliennes, soit l'équivalent d'un département français, 1 000 km² de panneaux photovoltaïques, ou 16 réacteurs nucléaires."

    "La question, n’est pas d’être pour ou contre l’aviation mais de poser la question de son usage et de son rôle dans une société, en prenant en compte les limites physiques et écologiques qui conditionnent notre avenir. Envisager le maintien, et a fortiori la croissance du trafic aérien est tout simplement une vision hors-sol qui se heurte à des limites physiques clairement identifiées".

    Une fois encore, l'extrême voracité énergétique de l'aviation pose la question de sa soutenabilité, indépendamment des technologies envisagées.

    Le choix et la faisabilité d'un transport aérien de masse par la technologie hydrogène sont également critiqués par le collectif SUPAERO-DECARBO :


    Les antécédents de l'Islande


    Divers projets ont eu lieu en Islande, dans le domaine de la mobilité, dès 2001 : ces projets concernaient des lignes de bus et automobiles, et sont restés des projets de démonstration ou très limités en taille. Malgré le succès technique, la mobilité terrestre "hydrogène" ne s'est pas généralisée en Islande. Le secteur de la pêche, qui est primordial pour l'Islande et très dépendant du pétrole, a également connu un projet de chalutier à pile à combustible vers 2005-2007, sans être suivi par des réalisations du même type.
    En définitive, à cause des transports, les émissions de CO2 par habitant de l'Islande étaient toujours supérieures à la moyenne européenne en 2017.

    Le stockage d'énergie sous forme d'hydrogène : un pari industriel risqué ?


    L'émergence soudaine de nombreux investissements et plans nationaux et européens en faveur de l'hydrogène est liée à un double espoir : freiner la désindustrialisation de certains territoires (ou le risque de désindustrialisation) et trouver un moyen de décarboner massivement l'économie.
    Le choix de l'hydrogène relève en partie du pari politique, pas nécessairement d'une évolution logique, incontournable : de nombreuses questions demeurent [3].
  • la capacité future à produire des quantités importantes d'hydrogène, sans source d'énergie fossile, et pour un coût relativement bas
  • la distribution : l'hydrogène est très difficile à transporter en grande quantité - les défis techniques sont immenses de ce côté.

  • "La production d’hydrogène demande énormément d’énergie, et son utilisation n’est pas toujours la plus efficace. Ainsi, un litre d’essence contient autant d’énergie que quatre litres d’hydrogène liquéfié – et rendre le H2 liquide est un processus coûteux. Les piles à combustible ont également un rendement deux à trois fois plus faible que les batteries."
    Cédric Philibert, chercheur, ancien de l’Agence internationale de l’énergie (AIE) : « Il y a quelques usages dans le transport qu’on ne peut pas électrifier, comme le maritime, mais il faut être prudent ». Il estime que'utiliser l’hydrogène pour les voitures individuelles, voire pour certains transports en camion, ne devrait pas être la priorité. [3]


    Sources
    [1] L’hydrogène tiendra-t-il ses promesses ? (CNRS Le Journal)

    [2] Toulouse : des chercheurs critiquent Airbus pour sa promotion de l'avion à l'hydrogène (France3 Regions)

    [3] L’hydrogène, une solution incertaine pour la mobilité (Le Monde - 27 mars 2021)

    Pour aller plus loin
    Avion à hydrogène: quelques éléments de désenfumage (blog Mediapart - Atecopol - 29 septembre 2020)

    Lettre aux salariées et salariés de l’aéronautique toulousaine (Atecopol - 27 juillet 2020)

    The Hydrogen Hoax : Confessions of a Former Hydrogenist - cassandralegacy.blogspot

    Podcast Les Echos - "L'hydrogène : des tonnes de promesses et beaucoup d'inconnues"

    "Are technology myths stalling aviation climate policy", P. Peeters et al., Transport. Res. Part D 44, 30 (2016).

    Quelle énergie pour l'aviation post-pétrole ? (anticiper.org - 7 février 2021)



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