L’hydrogène, LA solution pour demain ?
L’hydrogène, LA solution pour demain ? Débunkage 7 novembre 2022 Ces dernières années, on entend parler de l’hydrogène comme LA solution miracle pour sauver la planète (on exagère mais trop). Pourtant, seulement 31% des français déclarent savoir très bien de quoi il s’agit. Plus précisément, ils perçoivent ce vecteur énergétique comme étant propre et utile pour réduire les émissions de carbone. Dans les médias, on parle également de moyens de production bas carbone, et de cette fameuse “électrolyse de l’eau”. Mais au fait, c’est quoi l’hydrogène ? Est-ce qu’on le fabrique ? C’est quoi cette “électrolyse” dont j’entends parler de partout ? Nous allons répondre à toutes vos questions ! Qui est le dihydrogène H2 ? Hydrogène, dihydrogène, la même chose ? Avant toutes chose, il faut différencier l’hydrogène et le dihydrogène. L’hydrogène H est l’atome le plus petit de l’univers et le plus simple (un proton et un électron). Pourtant, il est ultra majoritaire dans l’univers, car il représente à lui seul 75% de la masse de l’univers. Mais en fait… ce n’est pas de lui dont on va parler aujourd’hui ! Et oui, il y a un abus de langage entre l’hydrogène et le dihydrogène, qui est quand à lui composé de deux atomes d’hydrogène. C’est de lui qu’on parle aujourd’hui, qui est utilisé dans l’industrie et dans les voitures dont on entend parler à la télé. Pour simplifier la suite, nous allons suivre cet abus de langage, et nous parlerons donc “d’hydrogène” à la place de dihydrogène. Présence naturelle L’hydrogène est un gaz assez rare dans la nature. Il est principalement issu de la réaction de l’eau avec certaines roches. Le problème, c’est que cet hydrogène naturel est soit consommé par de microorganismes, soit est ventilé hors de la roche et ira réagir avec d’autres composants, ce qui le fera disparaitre. H2 est donc un gaz très rare sur notre planète, mais peut tout de même parfois s’accumuler sous terre. Il existe donc des poches naturelles qui ont été découvertes, mais ces dernières ne suffisent pas pour répondre aux besoin de l’humanité. Exemple : Au Mali, un puit d’hydrogène a été découvert, et ce dernier fournit une puissance de 7kW, c’est à dire 10 fois moins puissant qu’un moteur de voiture ou 500 fois moins puissant qu’une éolienne ! On comprend donc assez rapidement le problème qui entoure la production d’hydrogène : la part naturelle est encore mal estimée, et les réserves connues ne sont pas propices à une exploitation à grande échelle. Mais alors, l’Homme peut produire cet hydrogène artificiellement ? La consommation d’hydrogène aujourd’hui Pour en savoir plus sur les besoins en hydrogène de nos industries, nous vous invitons à aller faire un tour sur l’article dédié sur notre article dédié : Consommer l’hydrogène : Où ? Pour Quoi ? Nous allons nous concentrer sur la production dédiée d’hydrogène, c’est à dire les moyens de production spécifiquement construits pour la production d’hydrogène. L’hydrogène est en immense partie produite via le Gaz naturel, le charbon, le pétrole, et d’autres moyens de production, dont l’électrolyse de l’eau dont on entend parler dans les médias, et que nous allons traiter en détail. Production avec du méthane (gaz naturel) La production d’hydrogène en utilisant du méthane et de l’eau s’appelle le vaporeformage du méthane (oui oui c’est un joli petit nom). Si on ne fait pas attention, on pourrait se dire que ce mécanisme est une bonne nouvelle : il crée de l’hydrogène en consommant un gaz à effet de serre très puissant ! Mais ce n’est pas si simple que ça. Malheureusement, le vaporeformage produit également du CO2, qui ira directement dans l’atmosphère. Et comme si cela ne suffisait pas, le processus doit se placer à 700°C pour fonctionner, il faut donc apporter beaucoup de chaleur. Aujourd’hui, on fait brûler directement du méthane pour avoir cette chaleur. Donc le méthane est combustible et réactif. Le procédé demande donc de grandes quantités de méthane, qu’on doit donc extraire du sous sol. Ces extractions entrainent notamment des pertes (fuites), qui seront émises dans l’atmosphère. Quand on fait les comptes, la production d’hydrogène grâce au méthane émet environ 13kg CO2e par kg d’hydrogène produit. Production avec du charbon Un nouveau petit nom super sympa : la gazéification du charbon. Le principe est sensiblement le même que pour le vaporeformage du méthane. En effet, on utilise du charbon (carbone pur) et de l’eau. La véritable différence par rapport au vaporeformage, c’est que le charbon (carbone pur C), ne contient pas d’hydrogène (H), contrairement au méthane (CH4). Donc il faut presque deux fois plus de charbon que de méthane pour produire la même quantité d’hydrogène. Donc les émissions par kilogramme d’hydrogène produit sont beaucoup plus importantes. Si on quantifie, on arrive à environ 20kg de CO2e par kg d’hydrogène produit. L’électrolyse de l’eau C’est quoi l’électrolyse de l’eau ? L’électrolyse de l’eau, c’est le fait d’utiliser de l’électricité pour casser les molécules d’eau. On forme alors du dioxygène et de l’hydrogène. Il n’y a donc pas de CO2 émis, donc pas d’émissions directes ! Même si ce procédé est connu depuis longtemps, il ne représente aujourd’hui que 0,1% de la production mondiale d’hydrogène. Ces constats soulèvent deux questions : Pourrait-on produire tout l’hydrogène nécessaire via l’électrolyse de l’eau ? Est ce que ce procédé est aussi propre qu’il en a l’air ? Les besoins en électricité et en eau Pour produire 1kg d’hydrogène par électrolyse, il faut 52 kWh d’électricité, soit l’énergie pour faire fonctionner un réfrigérateur standard sur deux mois. Mais alors, quelle énergie faudrait-il pour faire tout l’hydrogène produit actuellement via électrolyse ? La réponse est 3600 TWh, c’est à dire plus de 6 fois la production annuelle française, ou 80% de la production annuelle européenne ! Cela signifie qu’il faut une quantité d’électricité supplémentaire très grande pour répondre aux besoins actuels en hydrogène. Ce n’est pas impossible à termes, mais impossible dans l’immédiat. D’un autre côté, on peut se demander si ce moyen de production influerait sur les ressources en eau. Effectivement, le besoin en eau de l’électrolyse est supérieur au besoin en eau du vaporeformage du méthane. On aurait donc
Les gaz à effet de serre, c’est quoi ?
2 tonnes de CO2, ça représente quoi ? Débunkage, GES 20 octobre 2022 Lorsqu’on parle de changement climatique, la première notion à laquelle on est confrontés est la notion “d’effet de serre” et de “gaz à effet de serre”. Pour avoir des bases solides sur la suite de nos démarches écologiques, nous vous proposons aujourd’hui de faire un tour d’horizon de ces notions ! Qui sont les Gaz à Effet de Serre (GES) ? L’Effet de serre Pour bien commencer, nous vous proposons la définition de l’INSEE d’un Gaz à effet de serre : Gaz d’origine naturelle (vapeur d’eau) ou anthropique (liée aux activités humaines) absorbant et réémettant une partie des rayons solaires (rayonnement infrarouge), phénomènes à l’origine de l’effet de serre. On sait, la définition n’est vraiment pas évidente. Pour mieux comprendre, parlons d’Effet de Serre. Pour aider à comprendre, nous vous proposons une analogie. L’atmosphère est la couette de la Terre. Lorsque le soleil émet des rayons, une partie passe à travers la couette. Ensuite, parmi ces rayons, une petite partie repart en dehors de la couette, tandis que la majorité reste enfermée à l’intérieur. Cela s’appelle l’effet de serre. Mais les gaz à effet de serre dans tout ça ? Quel est le rapport ? Les gaz à effets de serre sont les plumes de la couette : Plus la couette contient de plumes, plus la Terre s’échauffe ! Et ce sont ces gaz qui sont l’objet de notre article ! Qui sont-ils et où les trouve-t-on ? Proportion des GES d’origine anthropiques Pour partir sur de bonnes bases, parlons de ce qui est émit par l’Homme chaque année. Au total et par an, l’Homme émet 55,3 GigaTonnes de CO2 équivalent (pour comprendre “équivalent”, rendez-vous plus bas ! ;)). Parmi ces GES, on retrouve : Le dioxyde de carbone (CO2) Le méthane (CH4) Le protoxyde d’azote (N2O) D’autres GES (gaz fluorés, …) Le dioxyde de carbone (CO2) Surement le plus connu d’entre eux, c’est aussi le gaz à effet de serre d’origine anthropique majoritaire sur Terre. En effet, il représente 73% des GES émis par l’Homme, et est émis de nombreuses façons. La majorité des émissions de CO2 (83%) sont liées à la combustion des énergies fossiles telles que le pétrole, le gaz, ou. le charbon les transports, l’électricité, le chauffage, … Les autres émissions sont liées au changement d’affectation des sols (déforestation), et les procédés industriels. Dans le cas de la déforestation, on brûle pour faire reculer les forêts et se débarrasser des branchages inutiles (émissions directes de CO2). On prive aussi l’environnement d’un puit de carbone, c’est à dire un espace dans lequel le CO2 est confiné/transformé. On a donc un impact à deux échelles. Enfin, pour les procédés industriels, ils sont souvent liés à la combustion de matière. Le méthane (CH4) Le méthane est un gaz à effet de serre 28 fois plus réchauffant que le CO2. Ses émissions anthropiques sont d’origines multiples : Les mécanismes de production de méthane dans tous les cas ont la même origine : la fermentation des matières végétales et animales en absence d’oxygène. C’est le mécanisme chimique qui crée du méthane. Typiquement, dans le cas de la vache, c’est la fermentation dans ses estomacs qui fait qu’elle rote du méthane. Dans le cas du riz, la culture se fait sous l’eau (absence d’oxygène), et crée également du méthane. Le protoxyde d’azote (N2O) Le protoxyde d’azote est 310 fois plus réchauffant que le CO2. On le trouve majoritairement dans l’agriculture, via l’utilisation d’engrais azotés. Les engrais réagissent avec le sol pour libérer le protoxyde d’azote. Une autre origine de ce gaz est sa présence dans certains procédés industriels en tant que produits intermédiaires ou sous-produit. Les gaz fluorés Très fortement réchauffants, ils sont de 150 à 10 000 fois plus réchauffants que le CO2. Ce sont les seuls qui sont uniquement produits par l’hommes et qui ne sont pas présents naturellement dans la nature. Ce sont les gaz qui sont utilisés dans les systèmes de refroidissement, comme les climatisations et les réfrigérateurs, mais ils sont utilisés aussi dans la création des mousses par exemple. La vapeur d’eau Souvent oubliée, cela peut être surprenant d’apprendre que la vapeur d’eau est un gaz à effet de serre. Il est naturellement présent dans l’atmosphère et les activités humaines n’influent pas sur sa concentration. Ce gaz est particulier, car il ne peut être présent qu’en quantité limité dans l’atmosphère. Cette quantité dépend de la température de l’air. Concrètement, plus il fait chaud, plus vous pouvez mettre de la vapeur d’eau dans l’air, et plus il fait froid, moins vous pouvez en mettre. Pour mieux comprendre, imaginez que vous êtes chez vous en hiver, il fait froid dehors. Il est possible d’avoir de la buée sur la fenêtre. Quand la température de la surface de la vitre est inférieure à celle de l’air humide ambiant (intérieur), un phénomène de condensation se produit, formant de la buée sur vos vitres. La vapeur d’eau est donc un amplificateur : Plus la planète se réchauffe, plus on a de la vapeur d’eau (qui est un GES), plus ça augmente le réchauffement Plus la planète se refroidit, moins on a de la vapeur d’eau, plus ça augmente le refroidissement La notion de CO2 équivalent, ou CO2e Tous les gaz que nous venons de voir sont à effet de serre, mais pas avec la même puissance. En effet, ils ont un pouvoir de réchauffement différent, c’est-à-dire une capacité à pouvoir réchauffer l’atmosphère sur une certaine période différente. Il est donc utile d’avoir une échelle pour les comparer, et comme le CO2 est le gaz émit en immense majorité par l’Homme, il sert de référence. Par exemple, le méthane est 28 fois plus réchauffant que le CO2. Donc si on émet 1kg de méthane, c’est comme si on avait émit 28kg de CO2. Donc 1kg de méthane = 28kg CO2 équivalent ou CO2e NB : Pour atteindre les objectifs fixés par l’Accord de Paris signé à la COP21, nous devons rester en dessous de 2tonnes de CO2 par personne et par an ! Détail technique pour aller plus loin : le potentiel de réchauffement global