Mardi 3 avril, l'Ademe a publié un avis sur l'hydrogène, dans lequel elle dresse un bilan des opportunités et contributions de cette filière pour la transition énergétique.
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Développement Durable, RSE et Energies
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Vous trouverez dans ce thème des actualités, en France et dans le monde, sur le Développement Durable en passant par les réglementations environnementales, la Responsabilité Sociétale mais également les changements climatiques et les énergies, ainsi que l"économie circulaire avec l'éco-conception et les analyses de cycle de vie.
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Stéphane NEREAU
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Des chercheurs de l'Université Jaume I, situé à Castellon de la Plana (Communauté de Valence), ont créé un dispositif organique stable pour la production de combustible solaire, réussissant à éliminer les problèmes de corrosion existant actuellement pour la production d'hydrogène à partir d'eau et de lumière solaire via une cellule photoélectrochimique (PEC).
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La PEC est une cellule combinant des électrodes photoactives immergées dans un électrolyte aqueux ou dans l'eau. Le rayonnement solaire permet tout d'abord de générer une charge électronique au niveau de la photoanode. La création de cette charge entraîne l'oxydation de l'eau, ainsi des ions H+ qui seront ensuite réduits au niveau de la cathode. 
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Symbio FCell a annoncé un projet révolutionnaire qui aboutira au déploiement d'une flotte de 50 véhicules utilitaires hybrides fonctionnant à l'électricité et à l'hydrogène, ainsi que la construction de deux stations de distribution d'hydrogène à Lyon et à Grenoble, en France.
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La flotte de 50 utilitaires Renault Kangoo ZE hybrides fonctionnant à l'électricité et à l'hydrogène déployée dans le cadre du programme HyWay a été équipée avec le prolongateur d'autonomie de Symbio FCell. Le déploiement se fera dans la région Rhône-Alpes, où deux stations de distribution d'hydrogène seront construites — à Grenoble et à Lyon, au début de 2015.
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France Stratégie, le Commissariat général à la stratégie et à la prospective a publié le mercredi 27 août 2014 une étude sur les perspectives de développement réelles de l’hydrogène comme source d’énergie viable pour l’approvisionnement du parc automobile. Une vision qui ne laisse que peu de place aux possibilités offertes par cette source d’énergie dans l’avenir.
Stéphane NEREAU's insight:
Une version largement pessimiste contestée notamment par la société Air Liquide, spécialiste des gaz et pour qui ces coûts seraient surestimés. Air Liquide considère en effet que si de nombreux défis restent à relever avant d’envisager une exploitation à grande échelle de l’hydrogène dans le secteur automobile, les problèmes de sécurité du gaz sont d’ores et déjà maîtrisés dans la chaîne logistique. Un progrès fondamental qui devrait permettre de concentrer désormais la recherche sur une meilleure compétitivité de cette source d’énergie.
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Pour tout achat d’une voiture électrique à hydrogène, le gouvernement japonais va offrir une subvention de 2 millions de yens, soit près de 14 600 euros au cours actuel. Décidé à faire du Japon le pionnier en matière de véhicule électrique doté d’une pile à combustible, le Premier ministre Shinzo Abe a également confirmé que le pays comptera 100 nouvelles stations de distribution d’hydrogène d’ici la fin 2015.
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Dévoilé en tant que concept au Tokyo Motor Show 2013, le constructeur automobile nippon Toyota Motor a révélé jeudi sa forme extérieure ainsi que le prix de sa nouvelle berline FCV fonctionnant à l'hydrogène via l'intégration d'une pile à combustible.
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"Il s'agit d'une berline à propulsion électrique, de taille moyenne avec quatre portes", a déclaré Bob Carter, vice-président senior des opérations de vente pour Toyota Motor, aux Etats-Unis. "Elle produit suffisamment de puissance pour faire tourner le moteur électrique sur environ 500 miles (soit 804 kms) en un seul ravitaillement qui dure de trois à cinq minutes. Elle constitue en soit un véhicule très spécial. Et nous croyons que nous pouvons la vendre à un prix très raisonnable pour beaucoup de gens."
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Transformer l'hydrogène en un liquide peu inflammable: des chercheurs de l'EPFL apportent le dernier élément à leur solution complète pour gérer l'entreposage et le transport du carburant du futur. Leurs travaux sont publiés dans "Nature Communications".
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Ces derniers ont mis au point un système simple, basé sur deux réactions chimiques: la première transforme l'hydrogène en un liquide aisément stockable et moins inflammable que l'essence – de l'acide formique - tandis que la seconde fait exactement l'inverse et restitue l'hydrogène. Ainsi transformé, le gaz peut être stocké simplement et sans risque. Autre application possible : utiliser le CO2 atmosphérique, responsable de l'effet de serre, pour synthétiser de nombreux produits chimiques.
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La Greenergy Box, système de stockage et de gestion d'énergie développé par Areva, a été installée sur la plateforme expérimentale MYRTE, située sur le site de l'Université de Corse de Vignola à Ajaccio.
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Composée d'un électrolyseur et d'une pile à combustible, la Greenergy Box permet d'augmenter le potentiel de stockage de l'électricité produite. Ce nouveau dispositif offre également une plus grande flexibilité dans le pilotage du réseau et permet aux équipes de recherche de l'Université de Corse associées au CNRS et du CEA d'envisager et tester différents scénarios dans la gestion de l'énergie.
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Convertir le méthane en hydrogène permet de produire de l'énergie propre et de favoriser l'agriculture. Ce processus nécessite de l'eau et un catalyseur.
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L'équipe de Rainer Beck de l'EPFL a démontré que la scission de l'eau dépendait beaucoup des vibrations internes entre atomes d'hydrogène et d'oxygène. A l'intérieur d'une molécule, ces derniers ne sont en effet pas statiques, mais se meuvent de différentes façons. Lorsqu'il s'agit d'eau, les deux atomes d'hydrogène peuvent vibrer en ciseaux (cisaillement), s'étirer ensemble d'avant en arrière (étirement symétrique) ou à tour de rôle (étirement asymétrique). «Ces étirements entre atomes d'oxygène et d'hydrogène influencent fortement la qualité de scission des molécules d'eau sur un catalyseur », déclare Rainer Beck, du Laboratoire de chimie physique moléculaire de l'EPFL.
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Des ingénieurs de l'Université de Californie à San Diego ont créé de nouveaux matériaux céramiques qui pourraient être utilisés pour stocker l'hydrogène en toute sécurité et de manière efficace.
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Les chercheurs ont créé pour la première fois des composés réalisées à partir de mélanges d'hexaborures de calcium, de strontium et de baryum. Ils ont également démontré que les composés pouvaient être conçus en utilisant un procédé de fabrication simple, à faible coût, et connu sous le nom de synthèse de combustion.
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L’un des aspects majeurs du réchauffement climatique est le fait que les océans se comportent comme une éponge et absorbent une partie croissante du gaz carbonique (CO2) répandu dans l’atmosphère. Les océans deviennent ainsi de plus en plus acides ce qui menace à terme des écosystèmes fragiles comme les barrières de corail. Or retirer le carbone des océans pour en faire du carburant et le mettre dans l’atmosphère pour qu’il soit en grande partie à nouveau absorbé par les mers est un processus presque neutre et qui pourrait se renouveler. Il s’agirait ainsi de recycler le carbone déjà répandu et pas d’en ajouter en plus dans l’atmosphère et dans les océans.
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Le prix de revient de ce nouveau carburant est aujourd’hui estimé entre 3 et 6 dollars par gallon (3,7 litres). Cela reste économiquement non rentable. Mais compte tenu du fait que cette technologie en est à ses débuts et qu’elle sera optimisée et perfectionnée tous les espoirs sont permis si le lobby pétrolier ne la tue pas dans l’œuf. Une partie de l’avenir énergétique de l’humanité se trouve ainsi peut-être dans l’eau de mer. D’autant plus que d'un point de vue cette fois-ci écologique, cette technologie présente aussi certains avantages.
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Des chercheurs américains ont développé avec succès un procédé permettant de récupérer de l'eau de mer du dioxyde de carbone (CO2) et de l'hydrogène qui seront ensuite convertis en un carburant liquide utilisable directement.
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Pour réaliser cet exploit, ils ont utilisé un module électrolytique d'échange de cation "innovant et propriétaire" (E-CEM), capable à la fois de dissoudre et de lier le CO2 de l'eau de mer avec une efficacité de 92%. Un ré-équilibrage du carbonate et du bicarbonate en CO2 est effectué en même temps que la production du dihydrogène (H2). A l'aide d'un catalyseur métallique, les gaz sont ensuite transformés en hydrocarbure liquide à travers un réacteur dédié. Le coût de ce kérosène de synthèse utilisable dans les moteurs de navires ou d'avions serait compris entre 3 et 6 dollar le gallon (3,8 litres). Et affirme le NRL, avec un financement et des partenariats stratégiques, cette approche pourrait être commercialement viable dans les 10 prochaines années.
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Ce système en phase initiale devrait être opérationnel d'ici deux à trois semaines d'après Bjorg Anderdesen, CEO de ZEG Power [1]. L'énergie produite devrait fournir le réseau électrique alors que l'hydrogène compressé sera utilisé pour les véhicules qui pourront se recharger via la pompe à l'extérieur du bâtiment de Hynor Lillestrom [2].
Stéphane NEREAU's insight:
Ce projet espère s'étendre à une plus grande échelle. En produisant de l'hydrogène et de l'électricité à base de gaz naturel tout en captant le CO2, il espère contribuer ainsi à une neutralité carbone. Qui plus est, ce projet s'inscrit dans un écosystème local où le méthane nécessaire à la fabrication de l'hydrogène est issu de la biomasse et acheminé par pipelines d'une usine de traitement des déchets à proximité.
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L’Hydrogen Council, principale organisation représentant la filière hydrogène dans le monde a profité de la COP23 pour présenter les résultats d’une étude réalisée pour son compte par le cabinet McKinsey sur le potentiel industriel de cette filière, et les innovations associées, pour la transition énergétique.
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Cette « étude-manifeste », assez synthétique, détaille les applications possibles selon les industries (transport, industrie – énergie et matière première, chauffage & énergie des bâtiments, système énergétique, présentées sous l’angle de la contribution en termes de décarbonation, donc de contribution aux objectifs de limitation du changement climatique / réduction des émissions de gaz à effet de serre.
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transition Transformer l'électricité en hydrogène pour pouvoir la stocker puis l'utiliser sous forme de gaz ou de carburant ou en la transformant à nouveau en énergie et en chaleur grâce à une pile à combustible, voilà les promesses de la filière. Les avantages sont nombreux: stockage de l'électricité produite par les énergies renouvelables, mélange avec du gaz naturel, alimentation des véhicules électriques… mais les défis à relever le sont aussi pour installer durablement l'hydrogène dans le paysage énergétique. Des actions sont en cours pour relever ces défis. Tour d'horizon!
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McPhy Energy, le spécialiste des équipements de production et de stockage d'hydrogène pour les marchés de l'industrie et de l'énergie, a annoncé avoir signé la vente d'une solution intégrée de production/stockage à Petawatt Energy développeur et exploitant de sites de production d'hydrogène-énergie d'origine solaire, éolienne et hydraulique.
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En associant la solution intégrée McPhy Energy à la pile à combustible qu'elle a développée, Petawatt Energy achèvera la construction de son premier système stationnaire de production d'hydrogène-énergie d'origine solaire, hydraulique ou éolienne. Il a été conçu pour les sites isolés comme pour les sites raccordés au réseau en Australie et en Océanie. Ce premier système test sera installé sur le site de démonstration client de Petawatt Energy dans l'Etat du Queensland en Australie. Il sera équipé d'une solution de stockage d'hydrogène sous forme solide de petite capacité (4 kg) permettant de stocker 130 kWh.
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La batterie envoie un courant électrique à travers deux électrodes qui divisent l'eau en hydrogène et en oxygène gazeux. Contrairement à d'autres séparateurs d'eau qui utilisent des catalyseurs constitués de métaux précieux, les électrodes ici sont faites de matériaux peu coûteux et abondants comme le nickel et le fer.
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Toyota entend proposer des véhicules toujours plus éco-responsables et l’une de ses solutions réside dans la pile à combustible. Sa première berline ainsi équipée sera commercialisée dans moins d’un an avec des performances et une autonomie similaire à celles des véhicules thermiques actuels.
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Depuis plus de 20 ans Toyota travaille sur des véhicules utilisant une pile à combustible (PAC). Il a développé pour cela FC Stack son propre système de PAC qui produit de l’électricité par réaction chimique entre de l’hydrogène stocké dans des réservoirs sous pression (700 bar) et l’oxygène de l’air. En roulant, une telle PAC n’émet que de la vapeur d’eau issue de la réaction entre l’hydrogène et l’oxygène. En 2002, Toyota a testé ce système à grande échelle en proposant un SUV à pile à combustible, le Toyota FCHV, dans le cadre d’opérations restreintes de location longue durée au Japon et aux États-Unis.
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Le 23 mai 2014, la Secrétaire d'Etat au Ministère des Transports Katherina Reiche a inauguré les équipements d'alimentation en hydrogène vert (H2BER) de la station-service multi-énergie Total de Berlin-Schoenefeld en faisant le plein d'une voiture électrique à pile à combustible.
Stéphane NEREAU's insight:
Outre son utilisation pour alimenter des véhicules électriques non-polluants, il est également prévu d'utiliser l'hydrogène dans une centrale de cogénération et de l'injecter dans le réseau public de gaz. Le projet développé sur le site H2BER permet ainsi de mener des recherches sur la révolution énergétique dans le cadre d'un système global. D'ici 2016, les sociétés partenaires de H2BER vont investir plus de 10 ME dans ce projet, dont la moitié sera apportée par le gouvernement fédéral sous la coordination de l'Organisation Nationale de l'Hydrogène et des Piles à Combustible.
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Le 15 mai 2014, le Ministre fédéral allemand de l'économie et de l'énergie, Sigmar Gabriel, a posé la première pierre du futur Energiepark de Mayence (Rhénanie-Palatinat). Cette structure de recherche s'intéressera principalement aux questions de stockage de l'énergie et de production d'hydrogène. "Il nous faut développer la recherche dans le domaine de l'énergie, car c'est un élément stratégique des politiques énergétiques" a expliqué Sigmar Gabriel. "L'Energiepark de Mayence, dont nous assistons aujourd'hui au coup d'envoi, est appelé à contribuer de manière importante à la transition énergétique en Allemagne".
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Dès 2015, les premières installations du site permettront de produire de l'hydrogène, à partir d'électricité issue des énergies renouvelables, et notamment d'éoliennes. Cet hydrogène pourra ensuite être stocké sur place, être transporté par camion-citerne (pour un usage industriel, ou une utilisation dans les transports par exemple), ou être injecté dans les réseaux urbains de distribution de gaz naturel. La production d'hydrogène à des fins de stockage d'énergie apparaît être une solution efficace pour palier l'intermittence des énergies renouvelables.
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Le consortium emmené par Hydrogen Technology & Energy Corporation (HTEC), spécialiste canadien du développement d'infrastructures d'alimentation en hydrogène, vient de remporter un appel d'offres d'un montant total de 2,1 millions de dollars pour équiper la station service hydrogène de la ville de Woodside en Californie.
Stéphane NEREAU's insight:
Le français McPhy Energy participera au développement de la station-service en fournissant l'électrolyseur qui produira l'hydrogène vert à partir d'électricité d'origine renouvelable. La station, qui sera équipée des systèmes de distribution conçus par Powertech Labs, sera opérationnelle à la fin de l'été 2015. Elle pourra alimenter plus de 25 véhicules à hydrogène par jour et répondra facilement à un accroissement de la demande.
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Utiliser les énergies renouvelables pour produire de l'hydrogène lors des pics de production qui endommagent le réseau électrique est une idée prometteuse car 95% de l'hydrogène utilisé est produit en émettant du CO2 à partir d'hydrocarbure.
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Une autre piste pourrait être l'utilisation de l'énergie renouvelables pour fabriquer de l'hydrogène. Car ce gaz dont 60 M de tonnes sont produit chaque année sert à de nombreuses applications :
Une société française Mc Phy Energy maîtrise le stockage de l'hydrogène sous forme de galette solide.
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La collaboration, au sein de l'Ecole polytechnique fédérale de Lausannne (EPFL), entre l'équipe du Professeur Xile Hu du Laboratoire de synthèse et de catalyse inorganique (LSCI) et celle du Professeur Michael Gratzel du Laboratoire de photonique et interfaces (LPI), a permis de développer une technologie bon marché et évolutive par laquelle il est possible d'améliorer la production d'hydrogène par électrolyse de l'eau réalisée grâce aux cellules photoélectrochimiques (PEC).
Stéphane NEREAU's insight:
Les cellules PEC réagissent à la lumière grâce à leur électrode photosensible - ici une photocathode -qui, immergée dans un électrolyte - ici l'eau -, produit un courant électrique permettant de décomposer l'eau en dioxygène et dihydrogène. Ce dihydrogène peut être stocké sur place puis réutilisé ultérieurement dans des piles à combustible afin de produire de l'électricité. Afin d'augmenter la vitesse de réaction, le catalyseur habituellement déposé à la surface de la photocathode où se déroule la réaction de réduction (réaction d'évolution de l'hydrogène, HER) est le platine. Ce matériau ayant l'inconvénient d'être rare et cher, les chercheurs ont développé un système catalyseur-photocathode composé d'éléments plus répandus et donc moins onéreux.
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En seulement trois ans, les partenaires de recherche du projet européen PECDEMO veulent développer un système pratique convertissant plus de 8% de l'énergie solaire en hydrogène. Cela pourrait signifier une percée pour les applications pratiques. Roel van de Krol, qui dirige l'Institut pour les carburants solaires au Centre Helmholtz de Berlin (HZB), coordonne le projet.
Stéphane NEREAU's insight:
Celui-ci démarre ce mois d'avril 2014. Les partenaires de recherche se sont fixés trois ans pour atteindre leur objectif, ambitieux et concret : ils veulent développer un système matériel convertissant 8% de l'énergie solaire incidente en hydrogène. Ce système matériel doit en outre occuper une superficie de 50 centimètres carrés et rester stable pendant plus d'un millier d'heures. "Bien sûr, il est risqué de formuler un objectif concret explicitement", déclare M. van de Krol. "Mais grâce à notre progression rapide au cours des cinq dernières années, nous sommes confiants dans l'atteinte de cet objectif. Avec une telle surface, nous montrons que ces systèmes ne fonctionnent pas seulement en laboratoire, mais peuvent aussi être adaptés de façon à ce qu'ils soient intéressants pour des applications réelles." Pour de plus petites surfaces, les partenaires ont même fixé un objectif d'efficacité de 10%.
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6 villes européennes sont concernées par le projet HyFive destiné à promouvoir la voiture électrique dotée d’une pile à combustible
Stéphane NEREAU's insight:
Faire de la voiture électrique alimentée par une pile à combustible une réalité : tel est l’ambitieux objectif du projet HyFive créé à l’initiative du Maire de Londres. Rassemblant 5 grands constructeurs ainsi que des producteurs d’hydrogène alimentant les piles à combustible (PAC), HyFive a annoncé la fourniture de 110 véhicules électriques à PAC et la création de 6 stations de distribution d’hydrogène en Europe. Calendrier et budget : 2015 et 51 millions d’euros.
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Dans son avis intitulé « l’hydrogène, un vecteur d’avenir de la transition écologique »publié le mardi 3 avril, l’Ademe fait un point sur l’évolution de la filière hydrogène et sur les futures contributions de ce vecteur à la transition énergétique.