Nous vivons déjà dans une économie de l’hydrogène : production d’acier, refroidissement des générateurs et gaz de soudage

Bien que l’hydrogène ne soit généralement mentionné que dans le contexte du transport et du stockage d’énergie, les applications de loin les plus utiles se trouvent dans les applications industrielles, notamment pour l’industrie chimique, la fabrication de l’acier, ainsi que celle du méthanol et des engrais. Ceci est illustré par le fait que la majeure partie de l’hydrogène produit aujourd’hui est utilisée pour ces applications industrielles, ainsi que pour des applications telles que le refroidissement des turbogénérateurs, la demande d’hydrogène dans ces applications augmentant rapidement.

Actuellement, pratiquement tout l’hydrogène produit aujourd’hui provient du gaz naturel, via le reformage du méthane à la vapeur (SMR), avec potentiellement une pyrolyse du méthane faisant de l’hydrogène dérivé du gaz naturel une source à faible teneur en carbone. Le reste de l'hydrogène provient de la gazéification du charbon et une petite fraction de l'électrolyse de l'eau. L'hydrogène est souvent produit sur place, notamment dans les installations industrielles et les centrales thermiques. Ainsi, outre les efforts de décarbonation, il existe de nombreuses utilisations de l’hydrogène dont le public semble généralement ignorer.

Cela nous amène à l’échelle de l’hydrogène, quelque peu controversée.

Certains d’entre nous ont peut-être déjà découvert l’échelle de l’hydrogène propre, popularisée par Michael Liebreich. Ceci est similaire à la pyramide de l’hydrogène propre dans la mesure où elle tente de capturer les applications de l’hydrogène les plus essentielles et les plus économiques. Par exemple, en mettant en évidence les principales utilisations industrielles, nous obtenons ce qui suit :

La partie controversée de cette échelle de l'hydrogène vient principalement du placement de catégories telles que « Stockage à long terme » et « Véhicules tout-terrain », avec une série d'articles CleanTechnica (partie 1, partie 2) rédigée par Michael Barnard et l'ingénieur en procédés chimiques Paul. Martin entre dans un certain niveau de détail ici. En ce qui concerne le stockage d'énergie à long terme utilisant l'hydrogène, il s'agit d'un sujet que nous avons abordé dans un article précédent sur les systèmes de stockage d'énergie, ainsi que dans un article sur des technologies de stockage plus pratiques au niveau du réseau.

Lorsque nous nous concentrons uniquement sur les catégories de lignes « A » et « B » mises en évidence dans cette image, il est important de se rappeler que ces catégories contiennent essentiellement toutes les principales formes d'utilisation actuelle de l'hydrogène, ainsi qu'un certain nombre d'entre elles qui ont été mentionnées précédemment, telles que comme l'utilisation comme liquide de refroidissement, mais qui ne sont pas couvertes dans cette image. Cependant, la production d’ammoniac (NH3) est de loin la plus grande utilisation de l’hydrogène. L'ammoniac est utilisé dans les solvants, les produits d'entretien ménager, comme antiseptique, comme réfrigérant (R717), dans les épurateurs d'oxyde de soufre (SO2) et d'oxyde d'azote (NOx), mais peut-être plus essentiellement dans la production d'engrais.

Une application plus controversée de l'ammoniac est celle comme carburant, puisque la combustion du NH3 dans une atmosphère contenant de l'oxygène produit divers polluants, dont le N2O (oxyde nitreux), comme l'ont noté des études récentes de Juan D. Gonzalez et al. (2017) et S. Mashruk et al. (2021). L'oxyde nitreux, également connu sous le nom de gaz hilarant, est un puissant gaz à effet de serre et est neurotoxique, étant un antagoniste des récepteurs NMDA. En raison de ces problèmes, il est peu probable que l’ammoniac en tant que carburant soit utilisé de manière significative là où des alternatives existent.

Parmi les liquides de refroidissement gazeux, l'hydrogène est un choix populaire, car il a une conductivité thermique nettement supérieure à celle des autres gaz, une capacité thermique spécifique élevée, une faible densité et donc une très faible friction dans les applications où cela est vraiment important, comme dans les générateurs. C'est pourquoi les turbogénérateurs sont généralement refroidis avec de l'hydrogène gazeux, le gaz chauffé passant à travers un échangeur de chaleur gaz-eau avant d'être recirculé. L'entretien de ces turbogénérateurs refroidis à l'hydrogène conduit également à l'une des caractéristiques les plus intéressantes de l'hydrogène : sa capacité à brûler dans l'air à des concentrations d'hydrogène comprises entre 4 % et 74 %.

Combiné avec le point d'auto-inflammation de l'hydrogène à 571 °C, il est essentiel d'éviter les fuites d'air dans le générateur et vice versa. Avant qu'un entretien puisse être effectué sur le turbogénérateur, l'hydrogène doit être purgé, ce qui constitue un compromis entre une efficacité accrue et une facilité d'entretien. Et comme indiqué précédemment, la plupart des centrales électriques disposent d’un électrolyseur sur site pour générer de l’hydrogène de remplacement lorsqu’elles en ont besoin.