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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Refrigeration to Support the Development of Hydrogen
Faced with the socio-economic and environmental challenges of our modern societies, hydrogen provides a real solution for deploying a virtuous energy transition across its entire value chain, from production to use to storage. However, the massive hydrogen deployment cannot be achieved without refrigeration, both with its mature and already available technologies and with those that absolutely should be developed to support this energy transition.In this article, a review of hydrogen production and distribution modes is proposed, followed by an analysis of the different direct and indirect usages of hydrogen in refrigeration applications today and in the future.
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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4. Usages présents et à venir de l’hydrogène pour l’industrie du froid
Le rôle essentiel du froid et ses différentes applications n’est plus à démontrer pour nos besoins au quotidien pour l’alimentation, la santé, le bien-être, le conditionnement d’air, les hautes technologies, la communication et la connectivité…
L’industrie du froid « invisible » mais indispensable consommant près de 20 % de la production mondiale d’électricité verra forcement d’un bon œil l’usage de l’hydrogène comme vecteur ou/et source d’énergie afin de participer à son développement de façon durable et efficiente.
Dans ce qui suit, nous distinguons les applications du froid qui se sont développées, se développent ou se développeront grâce à l’hydrogène et les techniques du froid qui aideront au déploiement de l’hydrogène aujourd’hui et demain.
4.1 L’hydrogène au service du froid
Pour la production du fluide frigorigène ammoniac (R717)
Dans le froid, l’ammoniac ou le R717 est un fluide frigorigène historique puisqu’il a été parmi les premiers à être utilisé, et ce depuis 1859. Il demeure aujourd’hui le principal fluide frigorigène utilisé dans le monde du froid industriel pour les moyennes et les grandes puissances (> 300 kW frigorifiques). Il est généralement choisi pour ses excellentes propriétés chimiques, thermiques et thermodynamiques :
impact environnemental très faible (ODP et GWP100 nuls) ;
très bon coefficient de transfert de chaleur ;
très grande chaleur latente de vaporisation et de condensation ;
efficacité énergétique élevée ;
le gaz ammoniac est plus léger que l’air ;
faibles pertes de charge ;
fuites aisément détectables ;
faible prix ;
chimiquement stable.
En revanche, l’ammoniac est toxique, irritable et légèrement inflammable. Il est incompatible avec le cuivre et ses alliages et non miscible avec les huiles minérales. Son usage en France est soumis à une règlementation assez stricte en matière de sécurité.
La production de l’ammoniac résulte de la réaction, en présence d’un catalyseur, de l’hydrogène et de l’azote :
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Bibliographie & annexes
En anglais
Les risques de sécurité liés à l’usage de l’hydrogène
