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RÉSUMÉ
N’existant pas à l’état naturel, l’hydrogène est à ce jour majoritairement produit à partir hydrocarbures et un peu par électrolyse. Il est très largement utilisé dans l'industrie chimique et le raffinage et le sera plus encore demain. Après une présentation du marché de l’hydrogène et son évolution jusque vers 2030, cet article décrit l’ensemble de la chaîne de l’hydrogène depuis sa production jusqu’à son stockage et son transport. Du fait de sa combustion non polluante, il est également envisagé comme un des vecteurs énergétiques de demain. Si l’usage de l’hydrogène est maîtrisé industriellement, les enjeux de sécurité pour cet éventuel futur usage doivent être pris en compte.
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As it does not exist naturally on earth, hydrogen is mainly produced from fossil fuels and a little by electrolysis. Today, it is widely used in the chemical industry and refining and will be even more so in the future. After a presentation of the hydrogen market and its evolution, this article describes the entire chain of hydrogen from its production up to its storage and transportation. Due to its clean burning, non-polluting combustion, it is also considered to be one of the energy carriers of the future. If the use of hydrogen is mastered industrially, the security issues, particularly for this possible future should be taken into account.
Auteur(s)
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Karine SURLA : Ingénieur École nationale supérieure des mines de Saint Étienne - Docteur en génie des procédés de l’INPG et des mines de Saint Étienne - Chef des projets hydrogène à l’IFP Énergies nouvelles IFP Énergies Nouvelles-Lyon Rond-point de l’échangeur de Solaize, Solaize, France
INTRODUCTION
L’hydrogène est l’élément le plus répandu de l’univers : il est le principal constituant du soleil, des planètes géantes comme Jupiter et Saturne, de la plupart des étoiles et de la matière interstellaire et intergalactique.
Sur terre, l’hydrogène est le plus souvent combiné à d’autres éléments pour former des molécules telles que l’eau, les hydrocarbures ou des molécules plus complexes encore comme par exemple les protéines ou les glucides. Aussi, la molécule H2 ou dihydrogène, bien qu’observée, dans les émissions de certaines dorsales, existe très peu à l’état naturel. Pour être utilisé l’élément hydrogène doit donc d’abord être séparé de sa molécule hôte pour être recombiné en molécules de dihydrogène, ce qui est une opération généralement très énergivore. En un mot, il faut le produire. À ce jour, les hydrocarbures sont la principale source de l’hydrogène industriel via des procédés de productions matures comme le vaporeformage avec l’inconvénient de coproduire du dioxyde de carbone. Le rôle industriel de l’hydrogène est très important dans l’industrie chimique, dans le raffinage du pétrole et la pétrochimie et, dans une moindre mesure, pour l’obtention de certains matériaux. Son utilisation est en revanche très limitée aujourd’hui comme vecteur énergétique. Mais du fait de sa combustion non polluante, il est également considéré comme un des potentiels vecteurs énergétiques du futur pour peu que sa production elle-même ne soit pas polluante. Les attentes de la filière portent donc d’abord sur la production propre et économiquement viable. Le stockage et la distribution de l’hydrogène sont deux points clés de l’utilisation de l’hydrogène comme vecteur énergétique.
L’objectif de cet article est de décrire l’ensemble de la chaine hydrogène. Il débute par une présentation du marché puis décrit les technologies existantes pour la production et la purification d’hydrogène ainsi que celles en développement. La production d’hydrogène à partir d’hydrocarbure s’accompagnant d’émissions de dioxyde de carbone, les solutions de captage et de stockage du CO2 sont évoquées. Les méthodes de stockage, transport et distributions de l’hydrogène sont ensuite abordées car il s’agit des trois maillons essentiels de la filière entre production et utilisation. Enfin, cet article donne quelques éléments sur les enjeux de sécurité liée à l’utilisation de cette molécule et les normes en vigueur.
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
energy | hydrocarbons | electrolysis
VERSIONS
- Version archivée 1 de févr. 2012 par Christophe BOYER
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Glossaire
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7. Conclusions – Perspectives
L’hydrogène va continuer à jouer un rôle important dans le domaine du raffinage et l’industrie chimique. Du fait de sa combustion non polluante, certains voient également en l’hydrogène un vecteur énergétique du futur pour peu que sa production elle-même ne soit pas polluante.
Les attentes de la filière portent donc d’abord sur la production propre et économiquement viable. Le stockage et la distribution de l’hydrogène sont deux points clés de l’utilisation de l’hydrogène comme vecteur énergétique. De même, si les problèmes de sécurité hydrogène dans ce contexte industriel sont bien connus et maîtrisés, un futur usage de l’hydrogène à des fins énergétiques pour les transports ou la cogénération pose de nouveaux problèmes de sécurité qu’il convient de prendre en compte.
La plupart des pays industrialisés ont inscrit, à ce jour, l’hydrogène dans leurs schémas de développement durable. Pour lever les verrous de cette filière en devenir, certains y consacrent plus de moyens que d’autres, tant pour des raisons politiques, qu’économiques ou sociales. En tête des pays les plus actifs on trouve le Japon, la Corée du Sud, la Chine, les États-Unis et certains pays d’Europe dont l’Allemagne.
L’Allemagne est le pays historique de l’hydrogène en Europe avec la présence de ses industriels engagés sur le sujet (Daimler, Shell, Linde). Le pays dispose d’une centaine de véhicules et environ 25 stations déployées à ce jour.
Le Japon a mené une politique historique permettant l’émergence d’une mobilité hydrogène progressive au travers de l’industriel Toyota qui ambitionne de devenir leader de la filière. La feuille de route du gouvernement nippon vise une accélération du déploiement des stations hydrogène (160 en 2020 – contre 90 opérationnelles en 2017 –, 320 en 2025) et le déploiement de véhicules (200 000 en 2025 – soit une multiplication par 100 de la production de 2017 – 800 000 en 2030).
La Chine a plus récemment découvert le sujet de l’hydrogène, notamment en visant le démarrage d’une industrie de la mobilité pour les bus. Le gouvernement chinois a annoncé en novembre 2016 un plan pour construire une infrastructure de remplissage hydrogène suffisante pour alimenter 50 000 véhicules à pile à combustible en 2025 pour atteindre 1 million en 2030.
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Conclusions – Perspectives
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GOFFE (B.), GUYOT (F.) - L’énergie à découvert 30. - L’Hydrogène naturel CNRS Edition (2013).
-
(2) - AFHYPAC - Moteurs thermiques à hydrogène. - Fiche 5.1.1 (2018).
-
(3) - AFHYPAC - Les piles à combustibles (PAC). - Fiche 5.13 (2018).
-
(4) - AFHYPAC - Turbines aéronautiques et moteurs-fusées à hydrogène. - Fiche 5.1.2 (2018).
-
(5) - SURESH (B.), HE (H.), GUBLER (R.), YAMAGUCHI (Y.) - Hydrogen. - IHS Hydrogen Chemical Economics Handbook (2018).
-
(6) - SURESH (B.), HE (H.), GUBLER (R.), YAMAGUCHI (Y.) - Hydrogen. - IHS Hydrogen Chemical Economics Handbook (2015).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Congrès WHEC (World Hydrogen Energy Conference). Sous l’égide de l’International Association for Hydrogen Energy IAHE, depuis 1976, tous les deux ans, se tient une des plus importantes et des plus anciennes conférences sur l’hydrogène énergie, la WHEC. Ces conférences sont à tour de rôle organisées par la communauté hydrogène-énergie d’un pays dans le monde
Congrès WHTC. Conférence mondiale annuelle sur les technologies de l’hydrogène
Congrès F-CELL. Congrès international et exposition annuels sur les technologies de piles à combustible
Salon FC EXPO – INTERNATIONAL FUEL CELL EXPO. Salon annuel et conférence internationale présentant tous types de technologies, d’équipements et de produits relatifs à la pile à combustible
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ISO 13984 - 1999 - Liquid Hydrogen – Land vehicle fuelling system interface...
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