Quelques rappels sur l’hydrogène :
L’hydrogène de numéro atomique 1 et de symbole H est la substance la plus légère et la plus abondante de l’univers.
Le dihydrogène (H₂) est la forme moléculaire de l’élément hydrogène qui exsite à l’état gazeux aux conditions normales de température et de pression. C’est un gaz très léger que la gravité terrestre ne peut contenir. Il n’est donc présent que sous forme de traces dans l’atmosphère terrestre.
Les sources d’hydrogène : des couleurs selon la source de fabrication d’hydrogène :
L’hydrogène natif ou naturel, on parle alors d’hydrogène blanc, existe sur la Terre mais demeure à ce jour une source difficilement exploitable. Voici les domaines géologiques dans lesquels a été identifié de l’hydrogène natif, le plus souvent associé à l’oxydation de minéraux riches en fer (olivine, orthopyroxène) :
- Le long des rides médio-océaniques : des flux de gaz riches en hydrogène (H₂) de 5 à 10 millions de m³/an ont ainsi été mesurés sur certains évents le long de la ride au fond de l’océan Atlantique.
- Dans des zones géothermales chaudes le long des rifts ou des rides, notamment en Islande, en Afrique de l’Est.
- Dans des zones compressives impliquant des nappes ophiolitiques ou des résidus de manteau océanique.
- Dans des bassins intra-cratoniques, le plus souvent très anciens (Précambrien) ; par exemple le puits de production d’hydrogène (initialement un puits pour de l’eau) qui produit depuis 10 ans un flux d’hydrogène (1300m³/jour) qui permet d’alimenter en électricité le village de Bourakébougou au Mali (situé à environ 60km au nord-ouest de Bamako). La présence d’hydrogène est également répertoriée sur ce type de domaines au Brésil, aux USA en Australie. Des « ronds de sorcières », sortes de dépressions circulaires, sont souvent identifiées en surface, à l’aplomb des zones d’échappement.
- A proximité des zones avec forte radioactivité naturelle (Australie, USA)
Si pour l’instant, aucune source commerciale d’hydrogène natif n’a encore été identifiée, il faut noter une accélération de l’exploration de ce type d’hydrogène.
35 permis d’exploration ont ainsi été récemment déposés en Australie.
Des prospections récentes mentionnent la présence d’hydrogène naturel dans le sous-sol lorrain.
Plusieurs permis d’exploration viennent d’être pris dans les Pyrénées:
- côté français, dans les Pyrénées Atlantiques, le permis dit de Sauve Terre H2 d’une superficie de 225 km2 accordé en décembre 2023 à la société TBH2 Aquitaine pour 5 ans ainsi qu’un autre permis, accolé au précédent, d’une superficie de 266 km2, en attente d’attribution, déposé par les sociétés 45-8 Energy et Storengy, une filiale d’Engie;
- côté espagnol un permis déposé par la société 45-8 Energy, pour chercher à la fois de l’hydrogène et de l’hélium.
L’hydrogène produit dans le monde est aujourd’hui entièrement issu de procédés industriels qui sont détaillés sur la figure suivante :
Hydrogène vert : l’hydrogène (H₂), en combinaison avec de l’oxygène, est obtenu par craquage par électrolyse de la molécule d’eau (H₂O). Il est vert lorsque l’électricité utilisée pour l’électrolyse provient de sources d’énergie renouvelables décarbonées (solaire ou éolien). A noter que le rendement est assez faible puisque 2/3 de l’énergie est consommée par le processus de fabrication.
Aujourd’hui, la grosse majorité de l’hydrogène produit provient du craquage de molécules d’hydrocarbures (CₓHₓ) le plus souvent d’origine fossile (charbon, gaz)
- La principale source provient du craquage par « reforming/gasification » qui va générer de l’hydrogène (H₂) et du dioxyde de carbone (CO₂), tous deux sous forme gazeuse. Si les émissions de CO₂ ne sont pas capturées, on parle alors d’hydrogène gris. Si le CO₂ est capturé par CCS (Carbone Capture and Storage), on parle alors d’hydrogène bleu. Si l’hydrocarbure est produit par biomasse ou méthanisation, on parle alors d’hydrogène orange.
- Il existe un autre procédé plus rarement utilisé, la pyrolyse qui permet de générer de l’hydrogène (H₂) sous forme gazeuse mais également du carbone (C) sous forme solide. On parle alors d’hydrogène turquoise.
Aujourd’hui, 95% de la production d’hydrogène est issue du craquage d’hydrocarbures, le plus souvent d’origine fossile et sans capture du CO₂ (hydrogène gris) contre seulement 5% à partir d’électrolyse. Cela tient principalement au cout de production nettement plus élevé (8$/kg) pour production par électrolyse contre 2$/kg pour production à partir d’hydrocarbures (sans capture du CO₂).
La fabrication d’hydrogène à partir de méthane (CH₄) est ainsi associée à des émissions non négligeables de CO₂. On estime que pour 1kg d’hydrogène (H₂), on génère 8,3kg de dioxyde de carbone (CO₂), dont 66% proviennent du craquage de la molécule de méthane et les 34% restants sont associées à l’énergie utilisée pour ce craquage.
Comme le montre le graphe ci-dessous, les émissions de CO₂ associées représente une part significative des émissions produites.
On l’aura compris, pour ce qui concerne le solaire, objet de ce site, c’est l’hydrogène vert qui nous intéresse dans notre approche puisqu’il peut notamment permettre le stockage de surplus d’électricité renouvelable dans les périodes de pics de production et de saturation du réseau électrique.
L’hydrogène est ensuite transformé en énergie électrique par des piles à combustibles.
