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1 - À PROPOS DE L’HYDROGÈNE

2 - MODES DE PRODUCTION

3 - MODES DE DISTRIBUTION

4 - USAGES PRÉSENTS ET À VENIR DE L’HYDROGÈNE POUR L’INDUSTRIE DU FROID

5 - LES RISQUES DE SÉCURITÉ LIÉS À L’USAGE DE L’HYDROGÈNE

6 - CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES

Article de référence | Réf : BE9793 v1

Modes de production
Le froid au service du développement de l’hydrogène

Auteur(s) : Mohammed YOUBI IDRISSI

Date de publication : 10 avr. 2024

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RÉSUMÉ

Face aux enjeux écologiques et socioéconomiques de nos sociétés modernes, l’hydrogène apporte une véritable solution pour déployer une transition vertueuse de l’énergie sur toute sa chaîne de valeur, de la production à l’usage en passant par le stockage. Cependant, le déploiement massif de l’hydrogène ne peut se faire sans le froid, tant avec ses technologies matures et déjà disponibles qu’avec celles à développer nécessairement pour accompagner cette transition énergétique. Dans cet article, une revue des modes de production et de distribution de l’hydrogène est proposée, suivie par une analyse des différents usages directs et indirects de l’hydrogène dans les applications du froid, aujourd’hui et à l’avenir.

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Auteur(s)

  • Mohammed YOUBI IDRISSI : Expert en réfrigération, pompes à chaleur et conditionnement d’air - Expert judiciaire

INTRODUCTION

Aujourd’hui en France, il ne se passe pas un seul jour sans que le mot hydrogène soit évoqué, non seulement dans la presse scientifique et technique spécialisée, mais également sur les réseaux sociaux, dans la presse quotidienne, à la radio ou à la télévision. Pourquoi ? Parce que la prise de conscience croissante des citoyens et de nos décideurs politiques et industriels de la nécessité de conduire une véritable transition énergétique pour s’émanciper des énergies fossiles place inévitablement l’hydrogène parmi les solutions les plus pertinentes pour le futur.

C’est à ce titre que l’hydrogène est apparu dans le discours public, notamment avec la loi relative à la transition énergétique pour la croissance verte, bien qu’il soit assez connu des industriels depuis longtemps pour ses vertus énergétiques. Déjà en 1874, Jules Verne, dans L’Île mystérieuse, avait évoqué son utilisation comme solution de substitution du charbon dans le futur ! Il avait écrit : « Oui, mes amis, je crois que l’eau sera un jour employée comme combustible, que l’hydrogène et l’oxygène, qui la constituent, utilisés isolément ou simultanément, fourniront une source de chaleur et de lumière inépuisable et d’une intensité que la houille ne saurait avoir. Un jour, les soutes des steamers et les tenders des locomotives, au lieu de charbon, seront chargés de ces deux gaz comprimés, qui brûleront dans les foyers avec une énorme puissance calorifique. » Un siècle et demi plus tard, nous y sommes, ou presque !

La crise sanitaire liée à la Covid-19 a produit certes des désastres économiques pour bien des industries mais a également ouvert les appétits pour l’hydrogène avec des propositions de plans de développement accélérés en Europe, notamment en France, en Allemagne, au Japon, en Corée du Sud, en Chine, au Maroc et en Amérique du Nord. Les gouvernements de ces pays se sont engagés publiquement à soutenir l’accélération du déploiement de l’hydrogène en mobilisant plusieurs milliards d’euros !

En France, le gouvernement a fixé pour projet de décarboner l’industrie. L'objectif est de réduire les émissions de 81 % d’ici 2050 par rapport à 2015. L'hydrogène décarboné est une des solutions ambitionnées pour agir sur la diminution des émissions de gaz à effet de serre. Dans le cadre de son plan « France Relance », une enveloppe de 2 milliards d’euros est d'ores et déjà attribuée au développement de l'hydrogène décarboné. Au total, un financement de 7 milliards d’euros de soutien public est prévu jusqu’en 2030.

Devant cet intérêt croissant pour l’hydrogène, nous proposons dans cet article de faire le point sur les possibles usages de l’hydrogène dans le froid mais aussi des besoins en froid de la filière hydrogène puisque le froid aura autant besoin de l’hydrogène que l’hydrogène aura besoin du froid.

L’article rappelle tout d’abord les principaux modes de la production de l’hydrogène et présente en particulier les pistes les plus prometteuses pour une production respectueuse de l’environnement avec l’hydrogène vert ou décarboné ; la seule façon pour construire durablement une réelle transition énergétique vertueuse. Nous évoquons ensuite les voies de distribution de l’hydrogène puis nous analysons ses multiples usages directs et indirects dans les applications du froid, aujourd’hui et à l’avenir.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-be9793


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2. Modes de production

L’hydrogène peut être produit à partir de diverses ressources d’énergie primaire, notamment fossiles, tels que le gaz naturel, le charbon, ou l’énergie nucléaire qui donnent l’hydrogène dit « gris », et les sources d’énergie renouvelables, telles que la biomasse, l’énergie éolienne, solaire, géothermique et hydroélectrique qui donnent de l’hydrogène dit « vert ». Le coût énergétique et l’impact environnemental dépendent de la manière dont l’hydrogène est produit.

2.1 Production d’hydrogène par reformage de gaz naturel

Le gaz naturel est actuellement la principale source de production d’hydrogène, représentant environ les trois quarts de la production mondiale annuelle d’hydrogène, estimée à 70 millions de tonnes . Cela représente environ 6 % de la consommation mondiale de gaz naturel selon les chiffres de l’Agence internationale de l’énergie (IEA).

Le vapoformage est une technologie mature et bien connue des industriels ; un procédé dans lequel de la vapeur d’eau à haute température (700 °C à 1 000 °C) est utilisée pour produire de l’hydrogène à partir d’une source de méthane, comme le gaz naturel. Il existe principalement trois façons de le faire :

  • production d’hydrogène à partir de charges légères par vaporeformage ou steam methane reforming (SMR) ;

  • production d’hydrogène par oxydation partielle (POX) ;

  • production d’hydrogène par gazéification.

Ces trois technologies produisent beaucoup de monoxyde de carbone (CO). Ainsi, dans une étape ultérieure, un ou plusieurs réacteurs chimiques sont utilisés pour convertir largement le CO en dioxyde de carbone (CO2).

Des informations plus détaillées sur chacun de ces trois modes de production sont données dans d’autres articles des Techniques de l’Ingénieur ...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) -   Plan de déploiement de l’hydrogène pour la transition énergétique.  -  Ministère de la Transition écologique et solidaire (2020).

  • (2) -   Strategic Research and Innovation Agenda, report of Hydrogen Europe Research  -  (2020).

  • (3) -   Path to hydrogen competitiveness. A cost perspective.  -  Report of Hydrogen Council (2020).

  • (4) -   Hydrogen scaling up: a sustainable pathway for the global energy transition.  -  Report of Hydrogen Council (2017).

  • (5) -   Les technologies de l’hydrogène au CEA  -  (2012).

  • (6) - WANG (Q.) -   Handbook of Climate Change Mitigation and Adaptation, Hydrogen.  -  Production, pp. 2995-3037.

  • ...

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