Dans un monde où l’air atmosphérique est de plus en plus pollué par les gaz d’échappement des moteurs thermiques, la source d’énergie de l’hydrogène commence à émerger. Mais sera-t-elle suffisamment efficace que pour être démocratisée ?
Tout d’abord, rappelons-nous que l’émission de CO2 dans l’atmosphère n’a fait qu’augmenter ces dernières années. Les émissions mondiales de dioxyde de carbone provenant des combustibles fossiles et de l’industrie ont atteint 36,8 milliards de tonnes de dioxyde de carbone en 2019 contre 30,3 milliards en 2010. Ce dioxyde de carbone étant un gaz à effet de serre, il favorise le réchauffement climatique. C’est pourquoi le monde de l’industrie essaie de plus en plus de trouver des sources d’énergie moins polluantes pour l’atmosphère.
La pile à combustible hydrogène a été inventée en 1839. Mais à cette époque, elle n’était pas aussi optimisée qu’aujourd’hui. De plus, elle était beaucoup moins efficace que les moteurs thermiques. Elle n’a donc pas été utilisée à grande échelle. Mais elle revient maintenant au goût du jour car elle pourrait devenir une alternative non polluante aux moteurs thermiques. En effet, la pile à combustible hydrogène ne rejette que de l’azote et de l’eau en prenant comme carburant de l’hydrogène. Un élément chimique que l’on trouve partout et en abondance sous forme combinée – à l’oxygène dans l’eau (H2O), au carbone (CH4, C2H6, etc.) Dans le cadre de l’utilisation de la pile à combustible, il se présente sous sa forme gazeuse, le dihydrogène H2.
Mais comment la pile à combustible arrive-t-elle à produire de l’électricité grâce à ce gaz ? La pile à combustible est formée de plusieurs cellules mises bout à bout. Ces cellules sont faites de deux électrodes (anode et cathode) séparées d’une membrane électrolyte. L’anode est alimentée en dihydrogène H2 venant d’un réservoir et la cathode en dioxygène O2 contenu dans l’air. Les molécules de dihydrogène se dissocient sur l’anode et libèrent un électron. La membrane centrale laisse passer les ions hydrogène vers la cathode mais pas les électrons, qui doivent passer par un câble reliant les électrodes. Ce qui crée un courant électrique. Sur la cathode, le dioxygène rencontre les ions hydrogènes pour former de l’eau qui est évacuée.
Quels types d’utilisation peuvent être envisagés? La pile à combustible hydrogène permet de produire de l’électricité. Ses utilisations sont donc nombreuses. Que ce soit couplée avec un moteur électrique dans le milieu du transport ou associée à une chaudière électrique dans le milieu du bâtiment. Il faut juste pouvoir stocker le dihydrogène mis sous pression pour qu’il occupe moins de place. La pile à combustible requiert une batterie plus petite que les systèmes électriques « classiques ». Un point positif étant donné tout ce qu’engendre la fabrication d’une batterie (métaux rares, pollution, santé des mineurs, etc..).
Cependant, il faut savoir que le dihydrogène H2 qu’utilise la pile à combustible n’est pas disponible à l’état naturel. Bien que l’hydrogène soit un élément chimique abondant sur notre planète, les molécules de dihydrogène sont si légères qu’elles échappent à la gravité terrestre. Il faut donc produire ce carburant avec des méthodes industrielles qui consomment des matières fossiles et beaucoup d’énergie. Ce qui décrédibilise le bilan de pollution de la pile. De plus, le rendement d’un système utilisant la pile à combustible est trois fois moins important que celui d’un système entièrement électrique. En effet, l’énergie qui pour un système électrique peut directement être stockée dans les batteries doit, pour une pile à hydrogène, être utilisée pour créer du dihydrogène, le pressuriser et le transporter jusqu’à la pile qui l’utilisera pour créer de l’électricité.
En conclusion, la pile à combustible à hydrogène constitue une bonne alternative aux moteurs thermiques afin de limiter l’émission de CO2, si l’on oublie le coût de la production du dihydrogène. Une solution serait de produire ce carburant en utilisant l’énergie produite par le renouvelable (photovoltaïque, éolien,…).
Sources:
https://fr.wikipedia.org/wiki/Émission_de_dioxyde_de_carbone
https://www.globalcarbonproject.org/carbonbudget/19/files/France_LSCE_GCB2019.pdf
https://www.lemonde.fr/blog/huet/2019/12/04/368-gigatonnes-de-co2-emis-en-2019/
https://fr.wikipedia.org/wiki/Dihydrogène#Sources_d’hydrogène
https://www.planetoscope.com/co2/261-emissions-mondiales-de-co2-dans-l-atmosphere.htm