production d'hydrogéne

mammoul3én كتب:machkour el a5 ismail 3la élifada
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ksar_2007 كتب:salam
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de rien mon ami

foued كتب:

PRODUCTION DE L'HYDROGENE PAR DECOMPOSITION DE L'EAU

Une voie possible consiste à dissocier les atomes d’oxygène et d’hydrogène combinés dans les molécules d’eau (selon la réaction H2OH2 + 1/2 O2). Cette solution est la plus intéressante en terme d’émission de gaz à effet de serre…
à condition toutefois d’opérer cette dissociation à partir de sources d’énergie elles-mêmes non émettrices de CO2. Parmi les procédés envisageables, deux sont actuellement à l’étude : l’électrolyse et la dissociation de la molécule d’eau par cycles thermochimiques.
L’électrolyse permet de décomposer chimiquement l’eau en oxygène et hydrogène sous l’action d’un courant électrique. La production d’hydrogène par électrolyse peut se faire dans de petites unités réparties sur le territoire national. Pour être rentable, ce procédé exige de pouvoir disposer de courant électrique à très faible coût. Actuellement, la production d’hydrogène par électrolyse coûte 3 à 4 fois plus cher que la production par reformage du gaz naturel. Elle souffre de plus d’un mauvais rendement global. L’électrolyse à haute température, qui est une amélioration de l’électrolyse classique, permettrait d’obtenir de meilleurs rendements.
L’autre procédé de décomposition de la molécule d’eau par cycles thermochimiques permet d’opérer la dissociation de la molécule à des températures de l’ordre de 800° à 1 000 °C. De telles températures pourraient être obtenues par le biais de réacteurs nucléaires à haute température de nouvelle génération, actuellement à l’étude, ou de centrales solaires.

PRODUCTION D'HYDROGENE A PARTIR DES ENERGIES FOSSILES

Aujourd’hui, 95 % de l’hydrogène est produit à partir des combustibles fossiles par reformage : cette réaction chimique casse les molécules d’hydrocarbure sous l’action de la chaleur pour en libérer l’hydrogène. Le vaporeformage du gaz naturel est le procédé le plus courant : le gaz naturel est exposé à de la vapeur d’eau très chaude, et libère ainsi l’hydrogène qu’il contient. Mais la production d’hydrogène par reformage a l’inconvénient de rejeter du gaz carbonique (CO2) dans l’atmosphère, principal responsable de l’effet de serre. Pour éviter cela, la production d’hydrogène à partir de combustibles fossiles supposerait donc d’emprisonner le gaz carbonique par des techniques qui doivent faire l’objet de développements (on envisage, par exemple, de réinjecter le gaz carbonique dans les puits de pétrole épuisés).
L’hydrogène produit à partir du gaz naturel est le procédé le moins cher. Mais son prix de revient reste le triple de celui du gaz naturel. Comme ce mode de production est polluant et comme les ressources en énergies fossiles sont appelées à décroître, diversifier les modes de production s’avère indispensable.

PRODUCTION D'HYDROGENE DIRECTE A PARTIR DE LA BIOMASSE

La biomasse est une source de production d’hydrogène potentiellement très importante. Elle est constituée de tous les végétaux (bois, paille, etc.) qui se renouvellent à la surface de la Terre. L’hydrogène est produit par gazéification, laquelle permet l’obtention d’un gaz de synthèse (CO + H2). Après purification, celui-ci donne de l’hydrogène. Cette solution est attrayante car la quantité de CO2 émise au cours de la conversion de la biomasse en hydrogène est à peu près équivalente à celle qu’absorbent les plantes au cours de leur croissance ; l’écobilan est donc nul.
Un jour, il sera peut-être possible de produire de l’hydrogène à partir de bactéries et de microalgues. On a en effet découvert récemment que certains de ces organismes avaient la particularité de produire de l’hydrogène sous l’action de la lumière. Mais ce procédé n’en est aujourd’hui qu’au stade du laboratoire.
Pour que l’hydrogène puisse réellement devenir le vecteur énergétique de demain, il faut qu’il soit disponible à tout moment, et en tout point du territoire. Mettre au point des modes de transport, de stockage et de distribution efficaces représente donc un enjeu crucial.

LES RESEAUX DE DISTRIBUTION

Dans les schémas actuels, la logique de distribution industrielle est en général la suivante : l’hydrogène est produit dans des unités centralisées, puis utilisé sur site ou transporté par pipelines. Le transport gazeux par pipelines permet de connecter les principales sources de production aux principaux points de son utilisation.
Des réseaux de distribution d’hydrogène par pipelines existent déjà dans différents pays pour approvisionner les industries chimiques et pétrochimiques (environ 1 050 km en France, en Allemagne et au Bénélux sont exploités par Air Liquide). La réalisation de ces infrastructures industrielles démontre que l’on dispose d’une bonne maîtrise de la génération et du transport d’hydrogène. Un bémol cependant : le coût du transport est environ 50 % plus cher que celui du gaz naturel et une unité de volume d’hydrogène transporte trois fois moins d’énergie qu’une unité de volume de gaz naturel.
Pour distribuer l’hydrogène, des infrastructures de ravitaillement devront être développées. La mise au point de stations-service ne semble pas poser de problèmes techniques particuliers. Une quarantaine de stations pilotes existent d’ailleurs déjà dans le monde, en particulier aux États-Unis, au Japon, en Allemagne et en Islande.
Il faudra cependant du temps pour que ces stations-service couvrent tout le territoire, ce qui risque de freiner le développement de l’hydrogène dans les transports. Pour pallier cette difficulté, certains constructeurs automobiles envisagent d’utiliser des carburants qui contiennent de l’hydrogène plutôt que l’hydrogène lui-même. Dans ce cas, l’étape de reformage a lieu à bord du véhicule. L’intérêt du procédé est alors réduit puisque le reformage produit du dioxyde de carbone, principal responsable de l’effet de serre.

LE STOCKAGE DE L'HYDROGENE

Concevoir des réservoirs à la fois compacts, légers, sûrs et peu coûteux est déterminant puisque c’est précisément cette possibilité de stockage qui rend l’hydrogène particulièrement attractif par rapport à l’électricité.

STOCKAGE SOUS FORME LIQUIDE

Conditionner l’hydrogène sous forme liquide est une solution a priori attrayante. C’est d’ailleurs sous cette forme qu’il est utilisé dans le domaine spatial. Mais l’hydrogène est, après l’hélium, le gaz le plus difficile à liquéfier. Cette solution entraîne une dépense énergétique importante et des coûts élevés qui rendent son application plus difficile pour le grand public.

STOCKAGE GAZEUX SOUS HAUTE PRESSION

Le conditionnement de l’hydrogène sous forme gazeuse est une option prometteuse. Les contraintes sont toutefois nombreuses.
Léger et volumineux, l’hydrogène doit être comprimé au maximum pour réduire l’encombrement des réservoirs. Des progrès ont été faits : de 200 bars, pression des bouteilles distribuées dans l’industrie, la pression est passée à 350 bars aujourd’hui, et les développements concernent maintenant des réservoirs pouvant résister à des pressions de 700 bars. Mais cette compression a un coût. De plus, même comprimés à 700 bars, 4,6 litres d’hydrogène sont encore nécessaires pour produire autant d’énergie qu’avec 1 litre d’essence.
Le risque de fuite d’hydrogène doit être également pris en considération compte tenu du caractère inflammable et explosif de ce gaz dans certaines conditions. Or, en raison de la petite taille de sa molécule, l’hydrogène est capable de traverser de nombreux matériaux, y compris certains métaux. Il en fragilise, de plus, certains en les rendant cassants. L’étude du stockage haute pression consiste donc, pour l’essentiel, à éprouver la résistance des matériaux à l’hydrogène sous pression. Ces matériaux doivent être résistants mais relativement légers (mobilité oblige).
Les réservoirs métalliques, utilisés actuellement, se révèlent encore coûteux et lourds au regard de la quantité de gaz qu’ils peuvent emporter. Des réservoirs non plus métalliques mais en matériaux polymères sont en cours d’élaboration pour répondre à ces contraintes.

STOCKAGE SOUS BASSE PRESSION

Une alternative à l’utilisation de réservoirs sous pression gazeuse consisterait à stocker l’hydrogène dans certains matériaux carbonés ou dans certains alliages métalliques capables d’absorber l’hydrogène et de le restituer lorsque cela est nécessaire. Ce mode de stockage fait actuellement l’objet de nombreuses études.

L'HYDROGENE EN TOUTE SECURITE

Bien que couramment utilisé dans l’industrie, l’hydrogène est souvent considéré comme un gaz dangereux. Cette image est essentiellement liée à l’accident du ballon dirigeable Hindenburg en 1937, même si nous savons aujourd’hui que la cause réelle de l’incendie n’était pas liée à l’hydrogène, mais à la nature extrêmement inflammable du vernis qui recouvrait l’enveloppe. Au début du XXe siècle, l’hydrogène était utilisé couramment par le grand public dans le gaz de ville. Si ce mélange d’hydrogène et d’oxyde de carbone a été délaissé, c’est en raison de l’extrême toxicité de l’oxyde de carbone et non à cause de l’hydrogène. Certes, l’hydrogène doit être utilisé avec précaution, mais il n’est pas plus dangereux que le gaz naturel : les risques sont simplement différents.
Pour assurer une utilisation de l’hydrogène en toute sécurité, il faut essentiellement éviter tout risque de fuite, car l’hydrogène est inflammable et explosif, et toute situation “confinée” peut s’avérer dangereuse. Ceci suppose l’utilisation de dispositifs de sécurité adéquats (ventilateurs, détecteurs…). De nombreuses études sont menées à chaque étape de la filière pour pallier ces risques. Le CEA effectue, par exemple, des tests d’éclatement de chute et de perforation sur les réservoirs haute pression qu’il met au point.
Il est important de définir également des règles d’utilisation communes. La mise en place d’une économie hydrogène ne pourra se faire sans une harmonisation des normes et des réglementations au niveau européen et international. En 1990, l’International Standard Organisation (ISO), organisation internationale de normalisation, a ainsi créé un comité technique pour élaborer des normes dans le domaine de la production, du stockage, du transport et des diverses applications de l’hydrogène ; à titre d’exemple, le projet européen EIHP (European Integrated Hydrogen Project) émet des propositions de réglementation pour les véhicules à hydrogène et les infrastructures de distribution.

و شكرا