Utiliser l’hydrogène

Plus ça va et plus on entend parler de l’hydrogène. Il est donc très important de bien comprendre les différents tenants et aboutissants de son utilisation dans le cadre des énergies renouvelables. Vous allez voir que dans la plupart des cas c’est loin d’être aussi écologique que vous ne le pensez. Mais il existe tout de même quelques possibilités pour produire et utiliser cette énergie de façon propre et responsable. C’est ce que nous allons voir dans cette fiche technique. Nous verrons également comment nous fabriquer un petit réacteur expérimental histoire de bien tout comprendre. Et en cadeau bonus, vous trouverez un bon plan pour épater la galerie avec un briquet générateur de dihydrogène très simple à mettre en œuvre.

L’hydrogène c’est quoi ?

Dans l’imaginaire collectif, l’hydrogène provient forcément de l’eau. Et comme l’explique clairement la célèbre formule chimique H2O, cette substance est composée de deux molécules d’oxygène pour une molécule d’hydrogène. Dans notre cas, c’est le H qui nous intéresse 🙂 Quant à l’oxygène on pourra toujours l’utiliser pour de la soudure, ou bien pour aider à la propulsion d’une fusée si tel est votre projet.

Dans notre cas, tout comme pour l’électricité, on ne peut pas dire que l’hydrogène soit une énergie au sens strict du terme car on l’utilise plutôt comme un vecteur énergétique. Pour bien comprendre ce point, il suffit de se dire qu’il faut forcément de l’énergie pour produire de l’hydrogène que l’on pourra ensuite utiliser directement ou bien stocker pour une utilisation ultérieure.

Que faire avec l’hydrogène ?

Avec l’hydrogène, on est exactement dans les mêmes applications qu’avec du butane, du propane, du biogaz ou bien du gaz soi-disant naturel. C’est à dire, que l’on peut faire tourner un moteur thermique, alimenter une gazinière ou une chaudière, produire de l’électricité… Bref, ce ne sont pas les possibilités qui manquent. A partir de là, on peut d’ores et déjà se dire que s’il existe un problème avec cette énergie ce n’est pas au niveau de son utilisation qu’il faut le chercher.

L’hydrogène industrielle

L’hydrogène fait rêver l’industrie pétrolière car il est produit par ses usines à partir d’hydrocarbures d’origine fossile. Tout simplement parce que ces produits nocifs pour notre environnement sont bien plus riches en hydrogène que l’eau. Ce qui permet aux plus gros pollueurs de la planète de poursuivre leurs activités néfastes tout en verdissant artificiellement leur image. Et effectivement, il y a de quoi se laisser berner par cet odieux stratagème. Car si on fait rouler un véhicule avec de l’hydrogène, il ne ressortira qu’un peu d’eau au niveau du pot d’échappement. Au niveau de l’utilisateur, la pollution est donc quasi nulle. En revanche, pour ce qui est de l’étape de production c’est une toute autre histoire. Sans compter la phase d’extraction et de transport d’hydrocarbures. Ce à quoi il faut ajouter l’étape très énergivore de la compression. On va donc tout de suite éliminer cette solution puisqu’elle n’apporte strictement aucun bénéfice écologique. Bien au contraire. Sans oublier que le coût de production par cette méthode ne permet pas d’envisager un prix plus avantageux que celui de l’essence, du diesel ou du butane. Les seuls qui peuvent y trouver leur compte ce sont les heureux actionnaires des multinationales du secteur chimique et pétrolier. C’est important d’être informé sur ce point avant d’aller plus loin.

Mais nous n’allons pas jeter le bébé avec l’eau du bain pour autant. S’il est clairement admis que la production d’hydrogène par craquage d’hydrocarbures, de charbon ou de bois est une véritable hérésie écologique, il existe néanmoins une possibilité qui mérite le détour. Il s’agit du craquage par cogénération. Le principe de base consiste à utiliser une forte chaleur pour séparer directement les molécules d’oxygène et d’hydrogène qui constituent l’eau. On peut aussi utiliser la chaleur pour grandement augmenter le rendement de l’hydrolyse. Fort de ce constat, on peut facilement imaginer que l’on pourrait par exemple récupérer la chaleur perdue d’une cimenterie ou d’une usine de terre cuite pour produire de l’hydrogène. Par le biais de cette cogénération, on peut donc se dire que notre production d’hydrogène serait pratiquement gratuite d’un point de vue énergétique. Ce qui est vrai. Alors bien sûr, il n’y a pas de quoi atteindre un niveau de production très important par ce biais. Mais si cela permet déjà par exemple à quelques centaines de bus de se passer de carburant polluant, pourquoi pas ? La question est posée.

Avant de passer à la suite, rions un peu avec nos “amis” de l’industrie pétrochimique en leur posant une petite question. Il est à la portée du premier venu de produire du biogaz de façon écologique et de l’utiliser directement. Et pour enfoncer le clou, de nombreuses études démontrent que nous pourrions très rapidement nous passer des énergies sales si la méthanisation était correctement développée. Alors pourquoi s’embêter à décomposer du méthane d’origine fossile pour en extraire l’hydrogène, si ce n’est pour maintenir le consommateur dépendant à la pompe ? Et tant que l’on est dans les questions, pourquoi les médias relayent-ils bêtement la propagande technologique distillée par le cartel de l’énergie polluante ? Les journalistes sont-ils sous influence, ou bien sont-ils tous complètement nuls en physique-chimie ? Certainement un peu des deux.

Hydrogène par électrolyse

Le principe de l’électrolyse est super simple. Schématiquement parlant, il suffit d’envoyer un courant électrique dans l’eau pour séparer les molécules d’oxygène et d’hydrogène. Pour vous permettre d’expérimenter ce procédé, je vous propose un bon schéma. Si je précise un bon schéma, c’est que l’on va travailler intelligemment. On va récupérer à la fois l’oxygène et l’hydrogène. Ce qui est déjà nettement mieux que les bidouillages simplets que l’on peut trouver sur Youtube. Et au final, le rendement sera nettement meilleur.

Alors que peut-on observer sur ce schéma simplifié ? On a de l’eau qui est mélangée à un électrolyte pour amplifier la réaction en favorisant la conductivité. Personnellement, pour mes petites expériences j’utilise de la cendre de bois. Dans ce réacteur il y a une tige métallique qui est reliée au pôle positif de l’alimentation électrique. Et une autre tige métallique qui est reliée au pôle négatif. Entre les deux, il y a une membrane qui se charge de séparer la production d’oxygène et d’hydrogène de façon à pouvoir collecter ces gaz séparément. Pour fabriquer un réacteur plus puissant, il suffit de multiplier le nombre de cathodes et d’anodes de façon à diffuser plus de courant dans l’eau. Ce qui bien évidemment demande une puissance plus élevée, en fonction du volume d’eau à craquer.

Le stockage avec l’hydrogène

Maintenant que l’on sait fabriquer un réacteur à hydrogène, on va pouvoir s’intéresser au stockage pour savoir si cette solution vaut vraiment la peine. Imaginons que mon installation solaire produise un kilowatt par jour d’excédent électrique. Plutôt que de perdre cette précieuse énergie, je peux me dire que je vais la stocker en la transformant en hydrogène. J’envoie donc un kilowatt durant une heure dans mon réacteur. Avec mon bricolage maison, je peux espérer atteindre 50% de rendement. Il me reste donc l’équivalent de 500 watts d’énergie. Le reste a été perdu sous forme de chaleur.

Du coup, je commence à bouder un peu parce que je me suis fait plumer lors de la conversion. Et ce n’est pas terminé ! Le nouveau problème qui se pose c’est qu’il va falloir que je convertisse à nouveau l’hydrogène en électricité pour m’apporter du courant lorsque que je n’en aurai plus assez. A ce propos, si vous connaissez un moyen pour convertir de l’énergie sans déperdition, je suis preneur et vous avez toutes les chances de recevoir le prix Nobel de métaphysique 🙂 En attendant, je vais devoir composer avec les lois de la physique. Et vu que je n’ai pas les moyens d’un grand laboratoire, je suis bien obligé de faire avec ce qui est disponible dans le commerce.

Pour commencer, je me dis que je peux passer par l’intermédiaire d’une pile à combustible. Très bien, sauf que je vais encore perdre 50% d’énergie lors de cette opération. Du coup, sur mon 1 kilowatt de départ il ne me reste plus que 250 watts. Autant dire que je ne suis pas très content. Alors je vais essayer autre chose. J’ai un petit groupe électrogène qui traîne, je vais donc remplacer l’essence par l’hydrogène. Le moteur tourne bien, mais son rendement est de 25%. Je vous laisse calculer de combien de watts je me suis encore fait plumer…

Fort de ce constat, je me dis que je vais plutôt utiliser l’hydrogène pour produire de la chaleur. Et là, c’est tout suite mieux. La déperdition est très faible. Juste que je ne suis toujours pas très content parce que je me suis rendu compte que l’hydrolyse mangeait littéralement mes électrodes et qu’il fallait que je les remplace souvent. Ce n’était pas vraiment prévu au programme. Du fait, je suis très déçu et je vais rester sur le biogaz pour les applications thermiques. Quant à mon excédant de courant solaire, j’ai augmenté ma capacité batterie et ça va tout de suite mieux.

Bon, pour me calmer un peu, j’ai décidé de récupérer la chaleur perdue au niveau de l’électrolyse et de la conversion énergétique éventuelle. Ce qui a eu pour effet de bien augmenter le rendement global de l’opération. Mais tout compte fait, par rapport aux autres systèmes de stockage d’énergie je suis encore bien moins performant et je me retrouve avec une usine à gaz qui m’aura coûté un bras. Le verdict est donc sans appel, l’utilisation de l’hydrogène pour le stockage énergétique est sans intérêt technique et écologique.

De l’hydrogène avec des algues

Il y a quelques années, des chercheurs ont découvert que certaines bactéries ou micro-algues avaient le pouvoir de générer de l’hydrogène par l’intermédiaire de la photosynthèse. L’idée peut être séduisante au départ car on retombe dans la biologie et dans l’esprit des énergies renouvelables. Mais le premier problème qui se pose c’est que la production d’hydrogène n’est pas faramineuse. Le travail de ces chercheurs est donc de modifier génétiquement ces micro-organismes pour augmenter leur rendement. Étant donné qu’il s’agit de startups, tout n’est que arc-en-ciel et licornes dans un futur monde magique et merveilleux où l’on utilisera de l’énergie 100% propre en abondance grâce au génie de ces brillants scientifiques. Sauf que lorsque l’on creuse un peu, il y a de quoi se questionner sur l’impact écologique de ces micro-organismes si jamais ils venaient à s’échapper dans la nature. Il n’y a peut-être aucun risque, mais toujours est-il qu’il vaut mieux se poser la question avant plutôt que d’avancer à marche forcée pour remplir les poches déjà bien garnies des investisseurs. Donc, pour l’instant, au niveau des bioréacteurs à hydrogène c’est wait and see…

Stocker l’hydrogène

L’hydrogène est extrêmement léger. Autrement dit, à son état normal, il prend beaucoup de place. Environ 11 mètres cubes pour 1 kilogramme. Il faut donc le compresser très fortement pour pouvoir l’utiliser dans un espace acceptable. Inutile de préciser que c’est une opération qui va consommer pas mal d’énergie et qui va donc encore venir plomber le rendement global dans quasiment tous les cas de figure. Et pour ne rien arranger, étant donné le niveau de volatilité de ce gaz, pas question de le stocker dans des bouteilles standards pour le butane ou le propane car il y aurait de gros risques de fuite. Il faut donc utiliser des contenants spéciaux qui sont hors de prix. Décidément, j’ai comme l’impression que les médias ont tendance à oublier ce genre de “détails” lorsqu’ils nous font le service avant-vente des futures applications de l’hydrogène.

Applications bonus

Il est à noter également que l’on peut utiliser l’hydrogène comme gaz de travail pour augmenter le rendement d’un moteur Stirling. Personnellement je n’en vois pas l’utilité étant donné que l’hélium fonctionne aussi bien tout en étant beaucoup plus sécurisant. Depuis quelques années, on voit aussi réapparaître de nombreuses déclinaisons des ballons dirigeables. Le principe de fonctionnement de ces aéronefs repose sur le fait qu’un gaz plus léger que l’air permet à une charge de s’élever dans les airs sans aucune énergie. De mon point de vue, ce nouvel engouement pour ce type d’engin volant est une bonne chose car ils sont bien moins polluants que les avions. Par rapport aux futurs développements techniques de ces alternatives au transport aérien conventionnel, il est évident que le dihydrogène aura un grand rôle à jouer lorsque les questions de sécurité seront définitivement réglées. Tout simplement parce que l’hélium commence à se faire rare. Sans oublier le fait que l’hydrogène est le gaz le plus léger de l’univers. Pour information il est à peu près 11 fois plus léger que l’air. Il est donc tout à fait logique de lui trouver des applications pratiques dans le domaine de l’aéronautique.

Le cadeau bonus

Comme promis, histoire de marcher un peu dans les traces de Pif Gadget, voici votre cadeau bonus. Il s’agit d’un petit bricolage pour transformer un briquet rechargeable en mini-réacteur à hydrogène. Le principe est super simple. Pour commencer on s’assure que le briquet soit complètement vide. Puis on insère deux vis en inox qui serviront d’électrodes. Ensuite, il ne reste plus qu’à remplir à moité le réservoir avec de l’eau à l’aide d’une seringue équipée d’une fine aiguille par l’intermédiaire de la valve de remplissage. Tant qu’à faire on ajoute un électrolyte au passage pour augmenter la production… Du bicarbonate de soude sera parfait. Et pour finir, on envoie un courant électrique continu de 12 volts avec un faible ampérage dans les électrodes. Très rapidement, vous verrez apparaitre des petites bulles de dihydrogène. Le gaz ainsi produit va venir se stocker dans la partie supérieure du réservoir (là où il n’y a pas d’eau). Il ne vous restera plus qu’à actionner le briquet pour obtenir une jolie flamme issue de la combustion de l’hydrogène. Inutile de préciser que Solutions Alternatives décline toute responsabilité en cas d’accident 😀

En conclusion

L’utilisation de l’hydrogène pour les énergies renouvelables ce n’est pas pour aujourd’hui. Et tout laisse à penser que ce n’est pas non plus pour demain. Alors en attendant après-demain, on va plutôt se concentrer sur d’autres énergies qui ne présentent pas autant d’inconvénients. Et surtout, qui soient bien meilleur marché. En parcourant un peu le site, vous ne pourrez que constater que l’on a déjà presque l’embarras du choix.

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