Cette découverte va-t-elle enfin rendre l’hydrogène vert viable ?

Dans l’immense quête mondiale de la recherche d’une énergie plus propre et durable que les énergies fossiles, l’hydrogène occupe une place désormais centrale. Que celui-ci soit sous sa forme géologique (hydrogène blanc ou natif) ou par électrolyse de l’eau (hydrogène vert), il est considéré à certains égards comme le pétrole de demain. La production d’hydrogène vert est aujourd’hui confrontée à de nombreux obstacles, notamment en matière de coûts et d’impacts environnementaux. Deux obstacles principaux qui freinent sa production à grande échelle. Toutefois, une récente découverte, partagée dans un article de Nature Materials, pourrait faire évoluer ce constat positivement, du moins du côté des coûts opérationnels.

L’hydrogène vert, un gaz vraiment propre ?

Si on parle souvent de l’hydrogène comme un vecteur énergétique propre, la réalité est beaucoup plus nuancée. Selon cet article de Reporterre, “plus de 95 % de l’hydrogène produit dans le monde est issu du méthane, du pétrole ou du charbon, par des procédés très polluants, notamment en matière d’émissions de gaz à effet de serre“. Comme énergie propre, on a vu mieux.

L’hydrogène vert serait donc une solution envisageable. Celui-ci est produit grâce à l’électrolyse, un procédé qui décompose l’eau en oxygène et hydrogène grâce à un courant électrique. Si on le surnomme vert, c’est que l’électricité nécessaire à la réaction d’électrolyse est issue de sources renouvelables.

Le problème, c’est que les sources renouvelables en question (parcs éoliens ou fermes solaires par exemple) ont, elles aussi, un impact environnemental indéniable. Pour produire de l’énergie de cette manière, il faut de la place, beaucoup de place. Ces installations demandent donc des superficies immenses pour fonctionner correctement, et par conséquent de rogner sur des terres agricoles.

L’électrolyse elle-même n’est pas parfaite et les électrolyseurs nécessaires au processus sont très gourmands en métaux et peuvent impliquer l’utilisation de substances toxiques.

Rajoutons à cela la fabrication de composants nécessaires à ces infrastructures qui n’est pas franchement écologique (acier, cobalt, lithium ou carbone) et il est facile de se rendre compte que l’hydrogène vert perd un peu de sa couleur. Pire encore, les eurodéputés ont voté en 2022 un amendement permettant aux industriels d’accoler le mot vert à de l’hydrogène produit à partir de gaz ou de charbon. L’hydrogène vert fait donc grise mine.

Une évolution technique prometteuse

Si le rapport publié dans Nature Materials ne règle pas la problématique de l’impact environnemental, il met en lumière une découverte qui pourrait rendre l’hydrogène moins cher à produire.

Cette innovation nous provient du Technion-Israel Institute of Technology et s’écarte de la conception traditionnelle des électrolyseurs. Dans un dispositif classique, une membrane évite que l’hydrogène et l’oxygène se mélangent, car ceux-ci peuvent exploser lorsqu’ils se rencontrent. Néanmoins, ces membranes sont très onéreuses à remplacer et représentent une bonne partie du coût de fonctionnement de ces machines.

Au lieu d’une membrane, les chercheurs ont réussi à produire de l’hydrogène en produisant l’hydrogène et l’oxygène dans deux chambres distinctes. Une approche novatrice, qui pourrait considérablement faire baisser les coûts de production.

Autre avantage de cette conception : sa capacité à fonctionner avec des quantités variables d’électricité. Très utile, lorsqu’on connaît la nature intermittente des sources d’énergies solaires ou éoliennes.

Défis et potentiel de cette nouvelle méthode

Même si elle est prometteuse, cette approche n’est pas encore parfaite. Mark Symes, chimiste à l’Université de Glasgow a, en effet, relevé un inconvénient de taille. Pendant le processus d’électrolyse, l’eau est séparée en oxygène et en hydrogène grâce à deux électrodes : une cathode (là où se produit la réduction) et une anode (où se produit la réaction d’oxydation). Ici, c’est l’anode qui pose un problème.

En effet, le bromate (un ion impliqué dans le processus d’électrolyse) a la fâcheuse tendance à réagir à l’anode de manière prématurée. Si cela se produit, l’électrolyse est perturbée, ainsi que la production d’oxygène et d’hydrogène.

Pour éviter cette réaction, les chercheurs à l’origine de cette nouvelle technique ont donc dû développer un revêtement spécial pour l’anode, empêchant le bromate de réagir avec elle et qui permet à l’hydrogène de s’évader pour le recueillir sans qu’il soit contaminé.

Le souci, c’est que ce revêtement particulier nécessite l’utilisation de chrome hexavalent, un composé très toxique, classé dans la catégorie CMR (cancérigène, mutagène et reprotoxique). Si celui-ci était amené à fuir, le procédé serait alors complètement compromis d’un point de vue environnemental et sanitaire.

Autre inconvénient, les électrodes de ce nouveau système utilisent du ruthénium et du platine, deux métaux relativement rares et coûteux. L’équipe de chercheurs est déjà à l’œuvre pour mettre au point un nouveau dispositif permettant de limiter ces deux problèmes.

Produire de l’hydrogène vert sans membrane est peut-être l’un des éléments de réponse pour rendre ce mode de production plus viable au long terme. En revanche, il ne sera pas le coup de baguette magique qui permettra une décarbonation totale de l’électrolyse. Il faudra toutefois régler les désagréments précédemment cités pour que ce nouveau type de dispositif puisse être adopté. Cependant, cela ne règlera pas pour autant le principal écueil de l’hydrogène vert : la provenance de l’énergie nécessaire pour le fabriquer et son impact environnemental.

• Dans la théorie, l’hydrogène produit par électrolyse est issu de sources d’énergies renouvelables, mais la réalité est plus complexe.
• Des chercheurs du Technion-Israel Institute of Technology ont mis au point une nouvelle technique d’électrolyse, plus économique.
• Celle-ci n’est pas encore parfaite et réclamerait quelques optimisations pour être complètement fiable.

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