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Une économie de l'hydrogène sans pollution ? Pas si tot
Pensez à l'hydrogène, le carburant propre du futur. Il brûle avec de l'oxygène pour produire de la vapeur d'eau, et seulement de la vapeur d'eau - pas de suie, pas d'oxydes nitreux, pas de dioxyde de carbone avec son potentiel de réchauffement de l'effet de serre. Dans son message sur l'état de l'Union en janvier, le président Bush a annoncé une nouvelle initiative majeure. Il a proposé un financement de 1,2 milliard de dollars pour la recherche qui, selon lui, permettrait aux États-Unis de diriger le monde dans le développement de voitures propres à hydrogène. Stimulés par ce nouveau soutien fédéral, a déclaré Bush, nos scientifiques et ingénieurs surmonteront les obstacles pour faire passer ces voitures du laboratoire à la salle d'exposition, afin que la première voiture conduite par un enfant né aujourd'hui puisse être alimentée à l'hydrogène et sans pollution. Son annonce surprise a reçu des applaudissements enthousiastes.
Voici maintenant une vision plus pessimiste de l'économie de l'hydrogène : d'énormes mines à ciel ouvert cicatrisant une grande partie de la Pennsylvanie, de l'Illinois, de l'Utah et du Colorado. Des milliards de tonnes de dioxyde de carbone sont déversées dans l'atmosphère chaque année à partir d'installations qui produisent de l'hydrogène en brûlant les combustibles fossiles que sont le charbon, le pétrole et le gaz naturel.
Où est la vérité ? Sans aucun doute quelque part entre les deux, mais cela implique probablement une forte combustion de combustibles fossiles.
Le fait essentiel est le suivant : l'hydrogène n'est pas une source d'énergie. Ce n'est qu'un moyen de le stocker et de le transporter. Bien que l'hydrogène soit l'élément le plus abondant dans l'Univers (et dans le voisinage le plus immédiat, il représente 90 pour cent des atomes du Soleil et de Jupiter), il n'y a pratiquement pas d'hydrogène gazeux sur Terre. Notre gravité est si faible qu'essentiellement tout notre hydrogène primordial, à l'exception de celui qui s'est lié à des composés plus lourds, s'est échappé dans l'espace il y a des milliards d'années. L'hydrogène carburant doit donc être fabriqué en l'extrayant de l'eau et du méthane. Vous ne tirez du carburant hydrogène que l'énergie que vous mettez dans l'extraction, ou de la combustion du carbone dans le processus.
L'eau peut être divisée en hydrogène et oxygène par le courant électrique, le processus connu sous le nom d'électrolyse. La chaleur ordinaire fera également l'affaire. Au-dessus de 2 700 °C, l'eau se décompose spontanément. Sur un feu suffisamment chaud (par exemple, les incendies de puits de pétrole du Koweït), l'eau se décompose puis se recombine lorsqu'elle se refroidit au-dessus du puits.
Mais séparer l'eau coûte cher et nous n'avons pas besoin d'oxygène. Il existe un moyen beaucoup moins cher de produire de l'hydrogène : pulvériser de la vapeur sur des charbons chauffés à blanc et il en sort principalement de l'hydrogène gazeux (40 %) et du monoxyde de carbone (50 %), un mélange connu à juste titre sous le nom de gaz d'eau. C'est la façon la moins chère de produire de l'hydrogène. Malheureusement, le monoxyde de carbone produit avec lui est très toxique. Pour extraire le dernier peu d'énergie, le monoxyde de carbone peut être brûlé, ce qui le transforme en dioxyde de carbone, un gaz à effet de serre.
La production d'eau gazeuse a véritablement commencé dans les années 1870. L'autre gaz couramment fabriqué à l'époque était le gaz de charbon, extrait du charbon bitumineux en le chauffant dans un environnement sans oxygène. Le gaz de charbon alimentait les lampadaires et les maisons, et le gaz à l'eau, le plus dangereux, était utilisé par l'industrie. L'eau gazeuse est encore largement utilisée dans la fabrication de l'acier et dans le procédé dit Fisher-Tropsch, qui est utilisé pour fabriquer de l'essence et des alcools synthétiques.
Dans les années 1920, la découverte d'importantes réserves souterraines de méthane a fourni une alternative moins chère au gaz de charbon. Comme il n'était pas fabriqué, on l'appelait gaz naturel, nom encore utilisé aujourd'hui. Le méthane a également remplacé le charbon pour la production de gaz d'eau. Comme pour le charbon, la production d'hydrogène à partir de méthane produit du monoxyde de carbone abondant qui, lors de la combustion, se transforme en dioxyde de carbone.
Mais les nouvelles ne sont pas toutes mauvaises. Pour la même énergie fournie, la production d'hydrogène à partir de méthane rejette environ la moitié de la quantité de dioxyde de carbone dans l'atmosphère que la combustion de combustibles fossiles. C'est en grande partie parce que les piles à combustible à base d'hydrogène sont plus efficaces que les moteurs à combustion interne. Par ailleurs, de sérieux programmes de recherche sont en cours pour trouver un moyen de séquestrer le dioxyde de carbone, qu'il provienne de la production d'hydrogène ou de tout autre procédé brûlant des combustibles fossiles. Une solution bon marché pourrait être de l'enterrer dans des puits de gaz et de pétrole épuisés. Mon pari pessimiste, cependant, est que la séquestration coûtera cher. Les politiciens choisiront de déverser du dioxyde de carbone dans l'atmosphère et de payer le prix caché de la pollution, plutôt que de demander au public de payer un prix initial à la pompe.
Pourtant, l'hydrogène est loin d'être un carburant automobile idéal. Même sous sa forme la plus dense (liquide), l'hydrogène n'a qu'un tiers de l'énergie par litre que l'essence. S'il est stocké sous forme de gaz comprimé à 300 atmosphères (une option plus pratique), il fournit moins d'un cinquième de l'énergie par volume que l'essence. Une densité d'énergie aussi faible signifie que le stockage de carburant prendrait beaucoup de place dans une voiture à hydrogène ou, à défaut, un réservoir de carburant de taille modeste restreindrait considérablement l'autonomie du véhicule entre les pleins. La technologie en cours de développement pour permettre des pressions plus élevées rendrait les voitures à hydrogène plus attrayantes.
Les réserves américaines connues de gaz naturel auront disparu dans quelques décennies, ou plus tôt si nous commençons à l'utiliser pour les automobiles. L'hypothèse clé derrière la poussée pour une économie de l'hydrogène semble être la croyance qu'il existe de vastes réserves de gaz naturel non découvertes aux États-Unis et dans le monde. Mais même si cette croyance s'avère fausse, nous pouvons toujours recommencer à fabriquer de l'hydrogène à partir du charbon ; nous en avons assez pour un siècle, si cela ne nous dérange pas les mines à ciel ouvert.
Je pense que l'économie de l'hydrogène est inévitable. Apparemment, il en va de même pour les gros investisseurs, qui mettent en place des installations portuaires pour l'importation future de grandes quantités de gaz naturel liquéfié.
Je pense également que l'hydrogène sera fabriqué par la méthode la moins chère. A court terme, on pourrait revenir à l'électrolyse, alimentée par l'électricité des centrales nucléaires. À l'heure actuelle, l'énergie nucléaire coûte cher, en grande partie, je crois, à cause des réglementations dictées par le risque perçu de la radioactivité. Pourtant, je pense que le dioxyde de carbone dans l'atmosphère représente une menace à long terme beaucoup plus grande pour l'environnement et la santé que les centrales nucléaires. Nous avons connu les dangers de l'énergie nucléaire à Tchernobyl. Pour l'économie basée sur le carbone, l'équivalent de Tchernobyl n'est pas seulement le réchauffement climatique ; c'est la guerre. Nous l'avons vu en Irak. Donc, dans l'ensemble, je préfère l'hydrogène produit par le nucléaire à l'hydrogène produit par le méthane.
Lorsque l'électricité solaire devient moins chère que le gaz naturel ou le charbon, nous pouvons laisser les combustibles fossiles dans le sol et avoir le meilleur des mondes. L'énergie solaire bon marché est inévitable, et nous n'aurons pas à enduire l'État de Californie de cellules solaires pour profiter de ses avantages. Dans un kilomètre carré de lumière solaire, il y a 1 000 mégawatts d'énergie solaire, l'équivalent d'une grande centrale nucléaire. Même si seulement 10 ou 20 % de l'énergie solaire est extraite sous forme d'électricité, la surface des cellules solaires ne sera pas beaucoup plus grande que celle que nous consacrons actuellement aux centrales nucléaires, au gaz ou au charbon. L'énergie peut être stockée la nuit (et pendant les jours nuageux) dans l'hydrogène. L'avenir solaire approche.
Créer une économie de l'hydrogène est un bon objectif. Mais à court terme, à moins d'un renouveau de l'énergie nucléaire, la transition vers l'hydrogène signifiera probablement une dépendance croissante vis-à-vis du gaz naturel importé et la poursuite de la pollution de l'atmosphère par le dioxyde de carbone. Malgré l'optimisme du président Bush, il est très peu probable que les premières voitures des enfants d'aujourd'hui soient alimentées par de l'hydrogène produit proprement. Mais peut-être que les voitures de leurs enfants le seront. Et à long terme, notre passage à l'hydrogène pourrait faciliter la transition vers une économie solaire.