Plateforme pour l’eau, le gaz et la chaleur
Chaque année, plus de 500 milliards de mètres cubes d‘hydrogène (H2) sont produits dans le monde pour diverses applications destinées à l’industrie et à l’agriculture. Chimiquement parlant, l‘hydrogène moléculaire est un vecteur d‘énergie primaire puisqu’il est présent dans la nature sous forme libre, mais en des quantités si faibles qu’il est considéré comme un vecteur d‘énergie secondaire, qui doit donc être produit à partir d‘une énergie primaire. A ce jour, ce sont surtout des matières premières d’origine fossile qui ont été utilisées à cette fin, mais également de l‘électricité produite à partir de l‘énergie hydraulique, de l‘énergie nucléaire et des énergies renouvelables. L‘hydrogène n‘est donc pas automatiquement durable, mais seulement aussi durable que l’est l‘énergie primaire à partir de laquelle il a é té produit. Il faut toujours tenir compte de l’ensemble du processus de production. Les procédés utilisés aujourd‘hui pour produire de l‘hydrogène sont le reformage à la vapeur à partir d‘hydrocarbures et la production par hydrolyse.
| Production annuelle de H2 dans le monde | Â Mrd. m3 |
| Reformage à la vapeur de gaz naturel ou de naphte      | 190 |
| Oxydation partielle d’huiles lourdes | 120 |
| Reformage catalytique (pétrochimie) |  90 |
| Production d’éthylène (pétrochimie) |  33 |
| Gazéification du charbon (gaz de cokerie) |  50 |
| Electrolyse chlore-alcali | Â 10 |
| Autre industrie chimique | Â Â Â 7 |
| Total | 500 |
Source: H 2 HYDROGEIT
Reformage à la vapeur
Le reformage à la vapeur à partir d‘hydrocarbures est le procédé le plus répandu pour la production d‘hydrogène, bien que le reformage à partir de gaz naturel affiche le rendement le plus élevé, soit 70 %. Le reformage à la vapeur comporte deux étapes au terme desquelles l‘hydrogène est séparé des hydrocarbures. Dans le reformeur à la vapeur, les matières premières, à savoir le gaz naturel, le gaz liquide ou le naphte (essence brute), sont mélangées à de la vapeur à haute température. L‘hydrogène, le monoxyde de carbone et le dioxyde de carbone sont produits dans un premier temps. Le monoxyde de carbone résultant de la conversion incomplète est ensuite transformé à nouveau en dioxyde de carbone et en hydrogène à l‘aide de vapeur. Le produit est enfin purifié des matières indésirables via un processus d‘adsorption par variation de la pression. La chaleur générée par le processus et les gaz de combustion est utilisée pour produire de la vapeur.
Electrolyse de l’eau
L’électrolyse consiste à décomposer, au moyen d’un courant électrique, l’eau en ses deux composants que sont l’hydrogène et l’oxygène. L’électrolyse classique permet d’obtenir des rendements de 65 à 70 %, tandis que certains nouveaux procédés affichent des rendements pouvant aller jusqu’à 80%. La réaction a lieu dans un électrolyseur qui est rempli d’un électrolyte conducteur (sels, acides, bases) dans lequel sont placées deux électrodes qui fonctionnent en courant continu. L’électrolyse ne dégage ni dioxyde de carbone ni aucun autre polluant atmosphérique.
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L’hydrogène est utilisé quotidiennement dans de nombreux domaines, que ce soit sous forme gazeuse ou liquide. La grande partie de l‘hydrogène produit à l’échelle industrielle est utilisée aujourd‘hui pour la synthèse de l‘ammoniac. Le procédé Haber-Bosch est utilisé pour produire de l‘ammoniac (NH3) à partir d’azote et d’hydrogène et pour fabriquer d‘importants engrais et explosifs. L’hydrogène sert en outre de matière première pour l’hydrogénation (addition d’hydrogène à un autre élément ou composé chimique), p. ex. l’hydrogénation du charbon, du pétrole brut ou du goudron pour en faire de l’essence, pour la transformation de monoxyde de carbone en alcools et hydrocarbures ou encore pour le durcissement des graisses (hydrogénation d’huiles en graisses solides, fabrication de la margarine). L‘hydrogène est également utilisé dans la synthèse du chlorure d‘hydrogène (acide chlorhydrique), comme gaz de chauffage (généralement mélangé à d‘autres gaz), comme carburant de fusée et comme agent réducteur pour produire des métaux (cobalt, molybdène, tungstène, germanium) à partir de leurs oxydes. L‘hydrogène sous forme comprimée dans des bouteilles de gaz sous pression (pression jusqu‘à 200 bar, marquage: rouge) pour son utilisation en laboratoire ou des travaux de soudure autogène.
Principe de la pile à combustible
L‘hydrogène et l‘oxygène sont les matières premières utilisées pour produire de l‘électricité et de la chaleur au moyen d’une pile à c ombustible. Au niveau de l‘anode, l’hydrogène, au contact d’un catalyseur, se décompose en ions positifs et en électrons négatifs. Ces derniers migrent par l‘intermédiaire d‘un conducteur électrique vers la cathode, ce qui crée un courant électrique. Parallèlement, les ions chargés positivement migrent vers la cathode, où ils se combinent avec les ions d‘oxygène pour former de l‘eau. La chaleur dégagée lors de ce processus peut être utilisée. La réaction chimique dans la pile à combustible est également appelée «combustion froide».
Principe de l’électrolyse
L’électrolyse (du grec: «séparer au moyen de l’électricité») désigne la séparation d’un composé chimique sous l’effet d’un courant électrique. L’électrolyse de l’eau permet par exemple de séparer cette dernière en ses composants chimiques que sont l’hydrogène et l’oxygène, ce à l’aide d’un courant électrique. L’hydrogène apparaît à la cathode – l’électrode négative – sous la forme de bulles de gaz qui remontent à la surface et qui peuvent être collectées. L’oxygène apparaît quant à elle à l’anode – l’électrode chargée positivement – également sous la forme de bulles de gaz ascendantes, lesquelles peuvent également être recueillies.
L’électrolyse transforme l’énergie électrique en énergie chimique.
Principe de la conversion de l’électricité en hydrogène
L‘électrolyseur est le coeur d‘un système de conversion de l‘énergie en hydrogène. Lors d’une réaction chimique (transformation de substances), l‘eau est décomposée en ses composants hydrogène (H2) et oxygène (O2) grâce à un courant électrique. L‘hydrogène renouvelable (H) peut être utilisé à diverses fins ou peut être injecté directement dans le réseau gazier. Il peut également être converti en méthane (CH4) lorsqu’il est combiné avec du CO2.
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