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Hydrogène : comment peut-on produire « vert » et à grande échelle ?

Demain
vendredi 02 octobre 2020

Fabrice Mauvy, Professeur à l’Université de Bordeaux et chercheur à l’ICMCB - photo MP

Fabrice Mauvy, Professeur à l’Université de Bordeaux et chercheur à l’ICMCB, l’Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux, décrypte les potentiels de ce vecteur énergétique.

En quoi l’usage de l’hydrogène est-il intéressant et à quelles conditions peut-on parler d’énergie verte ?

L’hydrogène est un gaz léger et sa densité d’énergie est vraiment intéressante, deux à trois fois celle du pétrole. Lorsque ce gaz est transformé en électricité grâce à une pile à combustible, il ne rejette que de l’eau et n’émet aucun gaz toxique. Cependant, l’hydrogène n’est pas une source d’énergie primaire. Il y en a très peu facilement disponible sur terre. Il faut donc le produire. Techniquement, on sait produire ce gaz depuis longtemps. Le procédé d’électrolyse de l’eau, qui consiste à casser les liens dans l’eau entre hydrogène et oxygène, existe depuis 1830. De même, on sait, grâce aux piles à combustible retransformer cet hydrogène en électricité. La question est donc : à partir de quoi et avec quelle énergie peut-on produire cet hydrogène ? Aujourd’hui, 95 % de la production de dihydrogène (H2) que l’on utilise est en effet issu d’un composé carboné, le méthane ou le pétrole et seulement 5% de la production est générée à partir d’un procédé d’électrolyse de l’eau et utilisant des énergies propres (éolien, solaire…).

Pourquoi ce procédé plus « propre » n’est-il pas davantage développé ? Le frein est-il technologique ?

Cet hydrogène « vert », aujourd’hui on sait le produire, le stocker, le transporter et l’utiliser même s’il y a encore des progrès à faire sur les performances techniques, la maintenance, l’optimisation des rendements... Le problème est surtout de le faire à grande échelle à des coûts rentables pour ceux qui se lancent. Aujourd’hui, il y a des marchés plus ou moins adaptés, d’autres, ne sont pas matures. En Nouvelle-Aquitaine, nous avons de grands industriels ou des sociétés qui s’emparent de cette énergie comme HDF, Hydrogène de France à Lormont, ou Pragma Industrie à Biarritz, Symbio dans l’Isère aux côtés de Michelin et Faurecia, le groupe McPhy…Il y a 20 ans, personne n’y croyait. On commence à voir les premiers résultats en termes de performances énergétiques et donc d’applications.

Quelles seraient les solutions les plus rapides, rentables et facilement applicables ?

Sur tous les territoires, se trouvent des industries qui rejettent dans l’air de l’hydrogène dit « fatal » qui souvent n’est pas utilisé, or, c’est de l’énergie disponible « cadeau ». Commençons à partir de l’existant à récupérer cet hydrogène pour faire de l’électricité. Cela peut être très rapide technologiquement et pourrait être facilité aussi par la création d’incitations fiscales pour les industriels. Dans le cadre du projet européen Cleargen, c’est ce que nous avons fait avec HDF au sein de la raffinerie de pétrole SARA à la Martinique. Aujourd’hui, cet industriel revend cette électricité au réseau selon les besoins quasi en temps réel. Pour une île, qui ne peut dépendre que d’énergies renouvelables, c’est une garantie d’énergie qui a une valeur économique. Si on décidait de récupérer l’hydrogène de toutes les raffineries de pétrole existantes ou d’industriels qui en émettent, on disposerait déjà d’une sacrée réserve d’hydrogène.

Cette capacité de l’hydrogène à pouvoir être stocké, contrairement aux énergies renouvelables, serait-elle la clé de son potentiel succès ?

C’est en effet toute la pertinence de l’hydrogène. Il peut se stocker, contrairement aux énergies renouvelables qui restent très dépendantes des conditions météorologiques et ont une production intermittente. Le premier pilier, c’est donc d’améliorer ce qu’on a déjà. On peut équiper les centrales photovoltaïque ou éoliennes d’électrolyseurs pour faire de l’hydrogène et créer des réservoirs « tampons » d’énergie. Cela permettrait de lisser les creux et les pics de production et de consommation. Alors que nous avons des fluctuations de consommation d’énergie colossales, nous produisons constamment au plus fort. L’hydrogène et ses capacités de stockage pourraient permettre un usage plus flexible, répondant à une consommation réelle et de ce fait, de réaliser d’énormes économies d’énergie. Il est également possible de mettre un peu d’hydrogène dans l’essence, 5 à 6 %, pour réduire l’impact carbone et même la consommation des systèmes thermiques. Le même procédé pourrait être appliqué aux gaziers. Sur ce point, on peut aller vite.

A travers le projet de recherche HELP, vous avez aussi fait émerger l’idée d’utiliser du magnésium pour produire de l’hydrogène. En quoi consiste cette solution ?

Au sein de l’IUT de Bordeaux, nous avions en effet travaillé pour la mairie de Bordeaux, sur un modèle de vélo à hydrogène. Le problème était que sans stations-services hydrogène, ce projet ne pouvait fonctionner. Nous avons donc mené un travail de recherche, à travers le projet Help (Hydrogen Energy at Low Pressure) financé par Aquitaine Science Transfert, et développé un mini-réacteur produisant de l’hydrogène à partir d’une pastille de magnésium et d’eau, une sorte de machine à expresso, nomade et produisant de hydrogène au fur et à mesure des besoins (HOD Hydrogen On Demand). Notre travail a été de concevoir et mettre au point ce nouveau procédé, désormais breveté, en augmentant le rendement et la cinétique de la réaction. Aujourd’hui, nous avons fabriqué un prototype fonctionnel et nous sommes en quête d’industriels, prêts à prendre une licence et s’emparer du projet. Le magnésium est un élément chimique non toxique, abondant sur terre, dans les océans, dans les mines ou disponible via les rebuts métallurgiques qui pourraient ainsi être réemployés à bas coût. Le concept de production d’hydrogène à la demande est très prometteur car il permettrait de contrer les peurs actuelles liées au caractère très inflammable du gaz hydrogène.

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