Engouement pour l'hydrogène

Les voitures à hydrogène et à pile à combustible sont fortement promues. Le département américain de l'Énergie en a fait le point central de ses efforts en matière d'énergie propre. L'État de Californie a annoncé qu'il construirait dans les prochaines années une autoroute à hydrogène, avec des stations de ravitaillement en hydrogène tous les 20 milles le long des principales autoroutes. General Motors consacre plus d'un quart de son budget de recherche aux véhicules à pile à combustible et Larry Burns, vice-président de la R&D et de la planification de GM, a déclaré en février que la société disposera d'un véhicule à pile à combustible commercialement viable d'ici 2010.

Pourtant, malgré tout ce battage médiatique, les voitures à hydrogène resteront probablement inférieures aux meilleurs véhicules hybrides essence-électricité tels que la Toyota Prius à pratiquement tous les égards : coût, autonomie, facture annuelle de carburant, commodité, sécurité jusqu'en 2030 au moins. La Prius auront même des émissions globales de nombreux polluants inférieures à celles des voitures fonctionnant à l'hydrogène qui seront probablement disponibles dans les stations-service dans un avenir prévisible. Et une poussée prématurée vers les voitures à hydrogène saperait les efforts visant à réduire les émissions de dioxyde de carbone piégeant la chaleur qui causent le changement climatique mondial.

Pour que les voitures à hydrogène deviennent à la fois pratiques du point de vue du consommateur et souhaitables du point de vue environnemental, il faudra au moins trois avancées technologiques majeures. En outre, le pays devra considérablement réorienter sa politique énergétique vers les sources d'énergie renouvelables telles que l'éolien et le solaire.

Ne vous méprenez pas. Je suis un fervent partisan de l'hydrogène comme carburant possible pour l'avenir. En fait, j'ai aidé à superviser le programme du ministère de l'Énergie pour l'énergie propre, y compris l'hydrogène, pendant une grande partie des années 90, période au cours de laquelle nous avons décuplé le financement des technologies de l'hydrogène. Je pense que la poursuite de la recherche sur l'hydrogène reste importante en raison de son potentiel à fournir un substitut sans pollution au pétrole après 2030.

Mais aller au-delà de la R&D à ce stade pour construire réellement l'infrastructure de l'hydrogène - comme beaucoup le préconisent - est à la fois injustifié et imprudent. Comme Peter Flynn, professeur d'ingénierie à l'Université de l'Alberta, l'a conclu dans une étude de 2002 sur l'effort de commercialisation des véhicules au gaz naturel : Des déclarations exagérées ont nui à la crédibilité des carburants de transport alternatifs et ont retardé leur acceptation, en particulier par les gros acheteurs commerciaux.

Examinons brièvement pourquoi les voitures à hydrogène sont encore loin d'avoir un sens.

C'est cher

Dans une économie basée sur l'hydrogène, le principal vecteur énergétique serait l'hydrogène produit à partir de sources d'énergie non polluantes. Cet objectif repose sur deux piliers : une source non polluante pour l'hydrogène et un dispositif pour convertir proprement cet hydrogène en énergie utile (la pile à combustible).

L'hydrogène n'est pas une source d'énergie facilement accessible comme le charbon ou le vent. Il est étroitement lié à des molécules comme l'eau (H20) et le gaz naturel (principalement composé de méthane, ou CH4), il est donc coûteux et énergivore à extraire et à purifier. Aujourd'hui, plus de 95 % de l'hydrogène américain est produit à partir du gaz naturel, car c'est la méthode la moins chère. Pourtant, l'acheminement de l'hydrogène à partir du gaz naturel dans le réservoir d'une voiture à pile à combustible sous une forme utilisable coûte quatre fois plus que l'essence avec une quantité d'énergie équivalente. L'hydrogène provenant de sources non polluantes, telles que les énergies renouvelables, est encore plus cher. Une infrastructure hydrogène construite autour de technologies existantes ou quasi commerciales coûterait plus de 600 milliards de dollars, selon le rapport le plus complet étudier fait, par le Laboratoire National d'Argonne.

Les piles à combustible sont de petits dispositifs électrochimiques modulaires, similaires aux batteries, mais qui peuvent être alimentés en continu. Une pile à combustible absorbe de l'hydrogène et de l'oxygène et produit de l'électricité et de la chaleur ; ses seules émissions sont l'eau. Cela ressemble à une panacée énergétique, mais aujourd'hui, plus de 160 ans après la construction de la première pile à combustible, et après plus de 15 milliards de dollars de dépenses publiques et privées, la technologie des piles à combustible n'a toujours pas connu un succès commercial majeur.

Les défis techniques sont énormes. En septembre 2003, un panel du département américain de l'Énergie sur les besoins de recherche fondamentale pour l'économie de l'hydrogène, présidé par Mildred Dresselhaus, professeur de physique et de génie électrique au MIT, a rapporté que les piles à combustible de transport sont 100 fois plus chères que les moteurs à combustion interne. Les systèmes de stockage d'hydrogène les plus matures, utilisant l'ultra haute pression, contiennent sept à dix fois moins d'énergie par unité de volume que l'essence, et nécessitent une quantité importante d'énergie de compression. Pas plus tard que le mois dernier, un prestigieux panel de la National Academy of Sciences a conclu qu'un tel stockage avait peu de promesses de praticité à long terme. Et un rapport publié ce mois-ci par l'American Physical Society a conclu qu'un nouveau matériau doit être découvert pour résoudre le problème de stockage.

Le panel du ministère de l'Énergie a noté que le coût de production de l'hydrogène devrait être réduit d'un facteur quatre pour rendre l'hydrogène économiquement compétitif par rapport aux combustibles fossiles actuels. Des avancées majeures seraient également nécessaires dans les infrastructures et la sécurité de l'hydrogène. Le panel a conclu que ces lacunes ne peuvent pas être comblées par des avancées progressives de l'état de l'art actuel, mais nécessitent plutôt des percées conceptuelles révolutionnaires.

S'il semble qu'il faudra beaucoup de temps avant de voir un produit commercialement viable sur le marché, cela ne devrait pas surprendre. Les percées qui révolutionnent la technologie énergétique sont rares. Il a fallu environ 20 ans à l'énergie éolienne et à l'énergie solaire pour voir leurs prix décupler, après des investissements majeurs du gouvernement et du secteur privé dans la R&D et le déploiement, et elles représentent toujours bien moins de 1% de la production d'électricité aux États-Unis.

Les véhicules à carburant alternatif (AFV) représentent un défi plus important, car ils doivent surmonter un investissement de mille milliards de dollars dans l'infrastructure de ravitaillement en essence. Deux efforts majeurs pour commercialiser les véhicules blindés au cours des deux dernières décennies - les véhicules électriques et les véhicules au gaz naturel - ont tous deux échoué, même si l'électricité et le gaz naturel sont largement disponibles et peu coûteux. L'hydrogène, en revanche, n'est pratiquement disponible nulle part et est relativement cher. Nos voitures et notre infrastructure de ravitaillement sont conçues autour de carburants liquides, qui ont des densités énergétiques élevées et sont plus faciles à manipuler que les gaz diffus comme l'hydrogène.

Sur la base de mes discussions avec des experts de tout le pays, je pense qu'il est peu probable que les voitures à hydrogène atteignent même une part de marché de cinq pour cent d'ici 2030. Mais nous ne devrions pas être pressés de déployer des voitures à hydrogène.

Ce n'est pas forcément propre

C'est une idée fausse populaire que l'hydrogène est intrinsèquement bon pour l'environnement. Mais en fait, l'hydrogène n'est pas plus vert que les sources d'énergie utilisées pour le produire. Comme l'a noté le panel de la National Academy, il est fort probable que les combustibles fossiles seront les principales sources d'hydrogène pendant plusieurs décennies. Toute poussée prématurée vers les voitures à hydrogène signifierait inévitablement que l'hydrogène proviendrait de la source la moins chère aujourd'hui, le gaz naturel. Pourtant, étant donné les contraintes sur l'approvisionnement en gaz nord-américain, nous n'échangerions que du gaz importé contre du pétrole importé.

Plus important encore, une voiture à pile à combustible fonctionnant à l'hydrogène dérivé du gaz naturel n'offre pas d'économies significatives de gaz à effet de serre par rapport à l'utilisation de véhicules hybrides avancés au pétrole, comme en 2003 étude du MIT conclu. Les meilleurs nouveaux hybrides ont fortement réduit leur consommation de carburant et donc leurs émissions de gaz à effet de serre. Fonctionnant à l'essence à faible teneur en soufre, la Prius 2004 produit 90 % moins d'émissions d'échappement que la moyenne des voitures neuves.

L'hydrogène le moins cher, cependant, est sale. Sur la base des stations de ravitaillement en hydrogène que Royal Dutch/Shell a proposé de construire, les émissions totales d'oxydes d'azote d'un véhicule à pile à combustible seraient de tripler celui des meilleures voitures neuves.

Tout aussi important, une telle stratégie détournerait le gaz naturel d'une variété de meilleures utilisations. Alors que les véhicules fonctionnant à l'hydrogène dérivé du gaz naturel ne permettront pas de réduire considérablement les émissions de gaz à effet de serre par rapport aux meilleurs hybrides fonctionnant à l'essence, le passage au gaz naturel peut réduire considérablement les émissions des centrales électriques. Un générateur au charbon libère plus de 1 000 kilogrammes de dioxyde de carbone dans l'air pour chaque mégawattheure d'électricité qu'il produit. Les meilleures centrales au gaz, en revanche, ne libèrent qu'environ 350 kilogrammes de dioxyde de carbone par mégawattheure généré.

De même, un mégawattheure d'électricité à partir d'énergies renouvelables, s'il était utilisé pour fabriquer de l'hydrogène pour un véhicule à pile à combustible, permettrait d'économiser environ 230 kilogrammes de dioxyde de carbone par rapport à une Prius fonctionnant à l'essence. C'est quelque 770 kilogrammes de moins que les économies réalisées grâce au remplacement de l'énergie au charbon, et ces économies peuvent être réalisées sans dépenser des centaines de milliards de dollars en véhicules à pile à combustible et en infrastructures à hydrogène. Comme David Keith de Carnegie Mellon et Alexander Farrell de l'Université de Californie à Berkeley l'ont conclu dans une analyse de juillet 2003 dans La science magazine : Jusqu'à ce que les émissions de CO2 provenant de la production d'électricité soient pratiquement éliminées, il sera beaucoup plus rentable d'utiliser une nouvelle électricité neutre en CO2 (par exemple, éolienne ou nucléaire) pour réduire les émissions en se substituant à l'électricité d'origine fossile.

Le Congrès américain, cependant, n'adoptera pas de législation exigeant que même 10 % de l'électricité en 2020 provienne d'énergies renouvelables. Cela signifie que les voitures à hydrogène n'auront aucune valeur réelle en tant que stratégie de réchauffement de la planète avant 2030. Une analyse de 2004 du Pacific Northwest National Laboratory a conclu que même avec des avancées technologiques et un effort important pour réduire les émissions de dioxyde de carbone, l'hydrogène ne pénètre pas dans les transports. secteur de façon importante jusqu'après 2035.

À l'heure actuelle, fournir de l'hydrogène renouvelable à une voiture sous une forme utilisable est d'un coût prohibitif, équivalent à l'essence à 6 $ à 10 $ le gallon. Nous avons besoin d'une percée majeure dans la production d'hydrogène neutre en CO2, ainsi que de progrès significatifs dans les piles à combustible et le stockage de l'hydrogène, avant que les voitures à hydrogène ne soient des concurrents plausibles.

Alors que nous menons la R&D au cours des deux prochaines décennies, nous devons, si nous voulons éviter un réchauffement climatique catastrophique, faire de la nouvelle électricité neutre en CO2 notre priorité absolue. Un mars 2003 Analyse par un groupe de scientifiques dirigé par Ken Caldeira du Lawrence Livermore National Laboratory, et publié dans La science magazine, a conclu que si la sensibilité climatique se situe au milieu de la fourchette actuellement projetée, même la stabilisation à un réchauffement de 4 °C nécessiterait l'installation de 410 mégawatts de capacité énergétique sans émissions de carbone chaque jour, soit cinq fois les prévisions du statu quo.

Alors que les véhicules à hydrogène pourraient avoir une valeur limitée pour remplacer les flottes alimentées par des moteurs diesel dans les villes très polluées avant 2030, il est peu probable que les voitures à pile à combustible atteignent le succès sur le marché de masse d'ici là. Ni la politique gouvernementale ni l'investissement des entreprises ne devraient être fondés sur la conviction que les voitures à hydrogène connaîtront un succès commercial significatif à court ou à moyen terme.

Joseph J. Romm était secrétaire adjoint par intérim à l'énergie pour l'efficacité énergétique et les énergies renouvelables pendant l'administration Clinton. Cet article est basé sur le matériel de son livre Le battage médiatique autour de l'hydrogène : réalité et fiction dans la course pour sauver le climat , publié ce mois-ci par Island Press. Pour plus d'informations sur le livre, rendez-vous sur www.coolcompanies.org .

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