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Comment l’hydrogène est-il produit ? À la découverte du combustible de l’avenir
Comment l’hydrogène est-il produit ? À la découverte du combustible de l’avenir
L’hydrogène est l’élément le plus simple que l’on puisse trouver sur terre. En effet, ses atomes sont constitués d’un seul proton et d’un seul électron. Ce n’est pas un hasard si l’hydrogène est le premier élément du tableau périodique.
Comme de nombreuses personnes pourraient le penser, l’hydrogène n’est pas une source d’énergie, mais un VECTEUR D’ENERGIE, puisqu’il est capable d’emmagasiner et, ensuite, de fournir de l’énergie. Comme dans le cas des piles à combustible, qui produisent de l’électricité en utilisant une réaction chimique de l’hydrogène, produisant comme sous-produits uniquement de l’eau, de la chaleur et surtout de l’électricité.
Bien que l’hydrogène soit l’élément le plus abondant de l’univers, sur la planète Terre, il est produit à l’aide de différentes ressources internes, y compris les combustibles fossiles, tels que le gaz naturel et le charbon, l’eau, l’énergie nucléaire et d’autres sources d’énergie renouvelables, telles que la biomasse, l’énergie éolienne, solaire, géothermique et hydroélectrique, à l’aide d’un large éventail de procédés.
On peut produire de l’hydrogène :
- Dans le lieu d’utilisation ou à sa proximité ;
- Dans des installations à grande échelle, et ensuite livrée au lieu d’utilisation ;
- Dans des installations de taille intermédiaire situées à proximité (40 à 160 km) du lieu d’utilisation.
L’hydrogène peut être produit à travers plusieurs procédés.
Les PROCÉDÉS THERMOCHIMIQUES utilisent la chaleur et les réactions chimiques pour libérer de l’hydrogène à partir de matières organiques telles que les combustibles fossiles et la biomasse.
L’eau (H2O) peut être décomposée en hydrogène (H2) et en oxygène (O2) au moyen de PROCÉDÉS ÉLECTROLYTIQUES ou au moyen de l’énergie solaire avec les PROCÉDÉS PHOTOLITHIQUES.
Les micro-organismes tels que les bactéries et les algues peuvent également produire de l’hydrogène par des PROCÉDÉS BIOLOGIQUES.
Mais, maintenant, voyons les technologies les plus courantes pour produire de l’hydrogène pour chacune de ces catégories de procédés.
Les PROCÉDÉS THERMOCHIMIQUES, comme leur nom l’indique, utilisent la chaleur et les réactions chimiques pour extraire l’hydrogène de la structure moléculaire du gaz naturel, du charbon, de la biomasse ou même de l’eau.
LA RÉACTION DE RÉFORMAGE AVEC LE GAZ NATUREL est la méthode la plus utilisée aujourd’hui pour produire de l’hydrogène. Dans ce type de réaction, on utilise des hydrocarbures tels que le méthane.
Le gaz naturel contient du méthane (CH4), qui peut être utilisé pour produire de l’hydrogène par des procédés thermochimiques, tels que le REFORMAGE À LA VAPEUR et l’OXYDATION PARTIELLE DU MÉTHANE.
Dans le REFORMAGE À LA VAPEUR (ou “vaporeformage"), le méthane et d’autres hydrocarbures réagissent avec la vapeur à une température et à une pression élevées et, grâce à la présence d’un catalyseur, la réaction chimique est accélérée.
Les produits de la réaction sont: l’hydrogène et le monoxyde de carbone. Le processus de reformage à la vapeur est endothermique, c’est-à-dire qu’il faut fournir de la chaleur au processus pour que la réaction se produise, généralement en brûlant une partie du méthane.
RÉACTION DE REFORMAGE À LA VAPEUR
Dans l’OXYDATION PARTIELLE, en revanche, le méthane réagit avec une quantité limitée d’oxygène, qui n’est pas suffisante pour oxyder complètement les hydrocarbures en dioxyde de carbone et en eau. Les produits de la réaction sont toujours l’hydrogène et le monoxyde de carbone, mais comme on peut le voir dans les réactions chimiques, l’oxydation partielle produit moins d’hydrogène avec la même quantité de combustible que le REFORMAGE À LA VAPEUR. Cependant, l’OXYDATION PARTIELLE DU MÉTHANE est un processus exothermique, c’est-à-dire qu’il dégage de la chaleur, raison pour laquelle il est beaucoup plus rapide que le REFORMAGE À LA VAPEUR.
RÉACTION D’OXYDATION PARTIELLE DU MÉTHANE
Ensuite, dans ces deux procédés, le monoxyde de carbone et la vapeur réagissent à l’aide d’un catalyseur dans la "RÉACTION DE DÉPLACEMENT DU GAZ À L’EAU" pour produire du dioxyde de carbone et davantage d’hydrogène. Dans la dernière étape du processus, appelée "adsorption à pression alternée", le dioxyde de carbone est éliminé, ce qui permet d’obtenir de l’hydrogène pur.
Comme de nombreuses personnes pourraient le penser, l’hydrogène n’est pas une source d’énergie, mais un VECTEUR D’ENERGIE, puisqu’il est capable d’emmagasiner et, ensuite, de fournir de l’énergie. Comme dans le cas des piles à combustible, qui produisent de l’électricité en utilisant une réaction chimique de l’hydrogène, produisant comme sous-produits uniquement de l’eau, de la chaleur et surtout de l’électricité.
Bien que l’hydrogène soit l’élément le plus abondant de l’univers, sur la planète Terre, il est produit à l’aide de différentes ressources internes, y compris les combustibles fossiles, tels que le gaz naturel et le charbon, l’eau, l’énergie nucléaire et d’autres sources d’énergie renouvelables, telles que la biomasse, l’énergie éolienne, solaire, géothermique et hydroélectrique, à l’aide d’un large éventail de procédés.
On peut produire de l’hydrogène :
- Dans le lieu d’utilisation ou à sa proximité ;
- Dans des installations à grande échelle, et ensuite livrée au lieu d’utilisation ;
- Dans des installations de taille intermédiaire situées à proximité (40 à 160 km) du lieu d’utilisation.
L’hydrogène peut être produit à travers plusieurs procédés.
Les PROCÉDÉS THERMOCHIMIQUES utilisent la chaleur et les réactions chimiques pour libérer de l’hydrogène à partir de matières organiques telles que les combustibles fossiles et la biomasse.
L’eau (H2O) peut être décomposée en hydrogène (H2) et en oxygène (O2) au moyen de PROCÉDÉS ÉLECTROLYTIQUES ou au moyen de l’énergie solaire avec les PROCÉDÉS PHOTOLITHIQUES.
Les micro-organismes tels que les bactéries et les algues peuvent également produire de l’hydrogène par des PROCÉDÉS BIOLOGIQUES.
Mais, maintenant, voyons les technologies les plus courantes pour produire de l’hydrogène pour chacune de ces catégories de procédés.
Les PROCÉDÉS THERMOCHIMIQUES, comme leur nom l’indique, utilisent la chaleur et les réactions chimiques pour extraire l’hydrogène de la structure moléculaire du gaz naturel, du charbon, de la biomasse ou même de l’eau.
LA RÉACTION DE RÉFORMAGE AVEC LE GAZ NATUREL est la méthode la plus utilisée aujourd’hui pour produire de l’hydrogène. Dans ce type de réaction, on utilise des hydrocarbures tels que le méthane.
Le gaz naturel contient du méthane (CH4), qui peut être utilisé pour produire de l’hydrogène par des procédés thermochimiques, tels que le REFORMAGE À LA VAPEUR et l’OXYDATION PARTIELLE DU MÉTHANE.
Dans le REFORMAGE À LA VAPEUR (ou “vaporeformage"), le méthane et d’autres hydrocarbures réagissent avec la vapeur à une température et à une pression élevées et, grâce à la présence d’un catalyseur, la réaction chimique est accélérée.
Les produits de la réaction sont: l’hydrogène et le monoxyde de carbone. Le processus de reformage à la vapeur est endothermique, c’est-à-dire qu’il faut fournir de la chaleur au processus pour que la réaction se produise, généralement en brûlant une partie du méthane.
RÉACTION DE REFORMAGE À LA VAPEUR
Dans l’OXYDATION PARTIELLE, en revanche, le méthane réagit avec une quantité limitée d’oxygène, qui n’est pas suffisante pour oxyder complètement les hydrocarbures en dioxyde de carbone et en eau. Les produits de la réaction sont toujours l’hydrogène et le monoxyde de carbone, mais comme on peut le voir dans les réactions chimiques, l’oxydation partielle produit moins d’hydrogène avec la même quantité de combustible que le REFORMAGE À LA VAPEUR. Cependant, l’OXYDATION PARTIELLE DU MÉTHANE est un processus exothermique, c’est-à-dire qu’il dégage de la chaleur, raison pour laquelle il est beaucoup plus rapide que le REFORMAGE À LA VAPEUR.
RÉACTION D’OXYDATION PARTIELLE DU MÉTHANE
Ensuite, dans ces deux procédés, le monoxyde de carbone et la vapeur réagissent à l’aide d’un catalyseur dans la "RÉACTION DE DÉPLACEMENT DU GAZ À L’EAU" pour produire du dioxyde de carbone et davantage d’hydrogène. Dans la dernière étape du processus, appelée "adsorption à pression alternée", le dioxyde de carbone est éliminé, ce qui permet d’obtenir de l’hydrogène pur.
RÉACTION DE DÉPLACEMENT DU GAZ À L’EAU
Passons maintenant aux PROCESSUS ÉLECTROLYTIQUES, dans lesquels l’électricité est utilisée pour développer des réactions chimiques.
Nous pouvons citer la plus courante, l’ELECTROLYSE DE L’EAU, dans laquelle l’électricité est utilisée pour séparer l’eau en hydrogène et en oxygène.
Cette méthode de production d’hydrogène peut être durable, car des sources d’énergie renouvelables peuvent être utilisées pour l’électrolyse, qui à son tour ont été produites sans émissions de gaz à effet de serre.
Dans l’ELECTROLYSE DE L’EAU, la cellule électrolytique est constituée d’une anode et d’une cathode séparées par un électrolyte, tout comme dans les piles à combustible, mais dans ces dernières, le processus qui se déroule à l’intérieur est exactement inverse.
Dans cet électrolyseur à membrane à électrolyte polymère (MEP), l’électrolyte est constitué d’une matière plastique solide spéciale.
L’eau réagit avec l’anode pour former
- oxygène
- des ions hydrogène chargés positivement (c’est-à-dire des protons), qui se déplacent sélectivement à travers la membrane à électrolyte polymère (MEP) vers la cathode.
- des électrons, qui circulent dans un circuit externe jusqu’à ce qu’ils atteignent eux aussi la cathode.
Quand ils atteignent la cathode, les ions hydrogène se combinent avec les électrons du circuit externe pour former de l’hydrogène gazeux.
Alors que les procédés électrolytiques utilisent l’électricité, les PROCÉDÉS PHOTOLITHIQUES utilisent l’énergie de la lumière pour séparer l’eau en hydrogène et en oxygène. Ces procédés offrent un potentiel pour la production durable d’hydrogène avec un faible impact environnemental.
Dans une CELLULE PHOTOÉLECTROCHIMIQUE (PEC), les semi-conducteurs sont similaires à ceux utilisés dans la production d’électricité solaire photovoltaïque. Ils sont immergés dans un électrolyte à base d’eau, où la lumière du soleil excite le processus de division de l’eau en hydrogène et en oxygène dans un processus similaire à l’électrolyse de l’eau.
Les PROCÉDÉS BIOLOGIQUES comprennent les PROCÉDÉS DE CONVERSION DE LA BIOMASSE MICROBIQUE, qui exploitent la capacité des micro-organismes à consommer et à digérer la biomasse et à libérer de l’hydrogène.
Mais comment fonctionne ce cycle de production particulier?
Dans les systèmes basés sur la fermentation, des micro-organismes tels que les bactéries décomposent la matière organique pour produire de l’hydrogène. Les cellules d’électrolyse microbienne (MEC) sont des dispositifs qui exploitent l’énergie et les protons produits par les microbes pour générer de l’hydrogène.
Voyons comment cela fonctionne :
la cellule d’électrolyse se compose d’une anode et d’une cathode ; les microbes de la section anodique consomment des matières organiques telles que l’acide acétique, produisant des électrons et des protons. Les électrons passent par un fil jusqu’à l’électrode dans la section de cathode. À l’aide d’une petite tension électrique, les protons sont combinés avec les électrons pour produire de l’hydrogène. L’hydrogène dit vert est un hydrogène produit à partir de ressources renouvelables.
Bien que le principal inconvénient de la production d’hydrogène vert soit la nécessité de disposer d’une grande quantité d’électricité provenant de sources d’énergie renouvelables, la bonne nouvelle est que les prix des énergies propres ont fortement baissé ces dernières années. En même temps, la hausse des prix des combustibles fossiles, la diminution des réserves de combustibles fossiles et les solutions pour lutter contre le changement climatique et la pollution atmosphérique incitent de nombreux pays à investir dans cette technologie dans des secteurs tels que le transport, l’industrie chimique et l’industrie lourde.
Dans un monde où 7 milliards de personnes sont esclaves du pétrole, pensez-vous que l’hydrogène vert sera l’alternative propre et la plus efficace aux combustibles fossiles ? Dites-le-nous dans les commentaires ci-dessous !
Passons maintenant aux PROCESSUS ÉLECTROLYTIQUES, dans lesquels l’électricité est utilisée pour développer des réactions chimiques.
Nous pouvons citer la plus courante, l’ELECTROLYSE DE L’EAU, dans laquelle l’électricité est utilisée pour séparer l’eau en hydrogène et en oxygène.
Cette méthode de production d’hydrogène peut être durable, car des sources d’énergie renouvelables peuvent être utilisées pour l’électrolyse, qui à son tour ont été produites sans émissions de gaz à effet de serre.
Dans l’ELECTROLYSE DE L’EAU, la cellule électrolytique est constituée d’une anode et d’une cathode séparées par un électrolyte, tout comme dans les piles à combustible, mais dans ces dernières, le processus qui se déroule à l’intérieur est exactement inverse.
Dans cet électrolyseur à membrane à électrolyte polymère (MEP), l’électrolyte est constitué d’une matière plastique solide spéciale.
L’eau réagit avec l’anode pour former
- oxygène
- des ions hydrogène chargés positivement (c’est-à-dire des protons), qui se déplacent sélectivement à travers la membrane à électrolyte polymère (MEP) vers la cathode.
- des électrons, qui circulent dans un circuit externe jusqu’à ce qu’ils atteignent eux aussi la cathode.
Quand ils atteignent la cathode, les ions hydrogène se combinent avec les électrons du circuit externe pour former de l’hydrogène gazeux.
Alors que les procédés électrolytiques utilisent l’électricité, les PROCÉDÉS PHOTOLITHIQUES utilisent l’énergie de la lumière pour séparer l’eau en hydrogène et en oxygène. Ces procédés offrent un potentiel pour la production durable d’hydrogène avec un faible impact environnemental.
Dans une CELLULE PHOTOÉLECTROCHIMIQUE (PEC), les semi-conducteurs sont similaires à ceux utilisés dans la production d’électricité solaire photovoltaïque. Ils sont immergés dans un électrolyte à base d’eau, où la lumière du soleil excite le processus de division de l’eau en hydrogène et en oxygène dans un processus similaire à l’électrolyse de l’eau.
Les PROCÉDÉS BIOLOGIQUES comprennent les PROCÉDÉS DE CONVERSION DE LA BIOMASSE MICROBIQUE, qui exploitent la capacité des micro-organismes à consommer et à digérer la biomasse et à libérer de l’hydrogène.
Mais comment fonctionne ce cycle de production particulier?
Dans les systèmes basés sur la fermentation, des micro-organismes tels que les bactéries décomposent la matière organique pour produire de l’hydrogène. Les cellules d’électrolyse microbienne (MEC) sont des dispositifs qui exploitent l’énergie et les protons produits par les microbes pour générer de l’hydrogène.
Voyons comment cela fonctionne :
la cellule d’électrolyse se compose d’une anode et d’une cathode ; les microbes de la section anodique consomment des matières organiques telles que l’acide acétique, produisant des électrons et des protons. Les électrons passent par un fil jusqu’à l’électrode dans la section de cathode. À l’aide d’une petite tension électrique, les protons sont combinés avec les électrons pour produire de l’hydrogène. L’hydrogène dit vert est un hydrogène produit à partir de ressources renouvelables.
Bien que le principal inconvénient de la production d’hydrogène vert soit la nécessité de disposer d’une grande quantité d’électricité provenant de sources d’énergie renouvelables, la bonne nouvelle est que les prix des énergies propres ont fortement baissé ces dernières années. En même temps, la hausse des prix des combustibles fossiles, la diminution des réserves de combustibles fossiles et les solutions pour lutter contre le changement climatique et la pollution atmosphérique incitent de nombreux pays à investir dans cette technologie dans des secteurs tels que le transport, l’industrie chimique et l’industrie lourde.
Dans un monde où 7 milliards de personnes sont esclaves du pétrole, pensez-vous que l’hydrogène vert sera l’alternative propre et la plus efficace aux combustibles fossiles ? Dites-le-nous dans les commentaires ci-dessous !