Tuyaux de vapeur à la centrale géothermique de Wairakei. Il semble que chaque jour il y ait une nouvelle annonce dans les nouvelles concernant les automobiles alimentées par des piles à combustible. Les promesses sont alléchantes, car les piles à combustible ont le potentiel de doubler très rapidement l'efficacité des voitures tout en réduisant considérablement la pollution de l'air.
En même temps, il y a eu des reportages pendant des décennies sur les problèmes liés au pétrole. Tout, des marées noires aux alertes à l'ozone en passant par le réchauffement climatique, est imputé à notre dépendance aux combustibles fossiles.
Ces deux forces conduisent le monde vers ce que l'on appelle généralement l'économie de l'hydrogène . Si les prédictions sont vraies, au cours des prochaines décennies, nous commencerons tous à voir un changement étonnant de l'économie des combustibles fossiles que nous avons aujourd'hui vers un avenir de l'hydrogène beaucoup plus propre.
La société peut-elle réellement effectuer ce changement, ou les barrières technologiques, économiques et politiques nous maintiendront-elles liées au pétrole et aux autres combustibles fossiles pour le siècle prochain et au-delà ? Dans cet article, vous découvrirez les avantages d'une économie de l'hydrogène, ainsi que ses problèmes potentiels. Nous examinerons également certaines des technologies qui rendraient la transition possible.
Contenu
Actuellement, les États-Unis et la majeure partie du monde sont enfermés dans ce que l'on pourrait appeler l'économie des combustibles fossiles . Nos automobiles, nos trains et nos avions sont alimentés presque exclusivement par des produits pétroliers comme l'essence et le diesel. Un pourcentage énorme de nos centrales électriques utilisent du pétrole, du gaz naturel et du charbon comme combustible.
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Si jamais le flux de combustibles fossiles vers les États-Unis était interrompu, l'économie s'arrêterait. Il n'y aurait aucun moyen de transporter les produits fabriqués par les usines. Il n'y aurait aucun moyen pour les gens de se rendre au travail en voiture. Toute l'économie, et en fait toute la société occidentale, dépend actuellement des combustibles fossiles.
Bien que les combustibles fossiles aient joué un rôle important pour amener la société au point où elle en est aujourd'hui, les combustibles fossiles créent quatre grands problèmes :
Pollution de l'air - Lorsque les voitures brûlent de l'essence, elles la brûleraient idéalement parfaitement et ne créeraient que du dioxyde de carbone et de l'eau dans leurs gaz d'échappement. Malheureusement, le moteur à combustion interne n'est pas parfait. Lors du processus de combustion de l'essence, il produit également :
Les convertisseurs catalytiques éliminent une grande partie de cette pollution, mais ils ne sont pas parfaits. La pollution de l'air par les voitures et les centrales électriques est un vrai problème dans les grandes villes.
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C'est déjà assez grave maintenant qu'en été, de nombreuses villes ont des niveaux dangereux d'ozone dans l'air.
Pollution de l'environnement - Le processus de transport et de stockage du pétrole a un impact important sur l'environnement en cas de problème.
 Supertankers chargés de pétrole en Arabie saoudite |
Un déversement de pétrole, une explosion de pipeline ou un incendie de puits peut créer un énorme gâchis. Le déversement de l'Exxon Valdez est l'exemple le plus connu du problème, mais des déversements mineurs se produisent constamment.
Réchauffement climatique - Lorsque tu brûles un gallon d'essence dans ta voiture, tu émets environ 5 livres (2,3 kg) de carbone dans l'atmosphère. S'il s'agissait de carbone solide, ce serait extrêmement perceptible - ce serait comme jeter un sac de sucre de 5 livres par la fenêtre de votre voiture pour chaque gallon d'essence brûlé. Mais parce que les 5 livres de carbone se présentent sous la forme d'un gaz invisible, le dioxyde de carbone, la plupart d'entre nous en sont inconscients. Le dioxyde de carbone qui sort du tuyau d'échappement de chaque voiture est un gaz à effet de serre qui fait lentement monter la température de la planète. Les effets ultimes sont inconnus, mais il est fort possible qu'à terme, des changements climatiques dramatiques affectent tout le monde sur la planète. Par exemple, si les calottes glaciaires fondent, le niveau de la mer augmentera considérablement, inondant et détruisant toutes les villes côtières qui existent aujourd'hui. C'est un gros effet secondaire.
Dépendance - Les États-Unis, et la plupart des autres pays, ne peuvent pas produire suffisamment de pétrole pour répondre à la demande, alors ils l'importent des pays riches en pétrole. Cela crée une dépendance économique. Lorsque les producteurs de pétrole du Moyen-Orient décident d'augmenter le prix du pétrole, le reste du monde n'a d'autre choix que de payer le prix le plus élevé.
Dans la section précédente, nous avons vu les importants problèmes mondiaux créés par les combustibles fossiles. L'économie de l'hydrogène promet d'éliminer tous les problèmes créés par l'économie des combustibles fossiles. Par conséquent, les avantages de l'économie de l'hydrogène incluent :
Les problèmes liés à l'économie des combustibles fossiles sont si importants et les avantages environnementaux de l'économie de l'hydrogène si importants que la poussée vers l'économie de l'hydrogène est très forte.
| Le saviez-vous ? Les capteurs qui détectent les fuites potentielles dans un moteur à combustion interne à hydrogène ont été développés par la NASA pour détecter les fuites d'hydrogène lors des lancements de navettes spatiales. |
La grande question avec l'économie de l'hydrogène est :« D'où vient l'hydrogène ? Vient ensuite la question du transport, de la distribution et du stockage de l'hydrogène. L'hydrogène a tendance à être volumineux et délicat sous sa forme gazeuse naturelle.
Une fois que ces deux questions auront reçu une réponse économique, l'économie de l'hydrogène sera en place.
Nous examinerons chacune de ces questions séparément dans les sections suivantes.
En tant que
L'un des problèmes les plus intéressants de l'économie de l'hydrogène est l'hydrogène lui-même. D'où viendra-t-il ? Avec l'économie des combustibles fossiles, il vous suffit de pomper le combustible fossile hors du sol (voir Comment fonctionne le forage pétrolier) et de le raffiner (voir Comment fonctionne le raffinage du pétrole). Ensuite, vous le brûlez comme source d'énergie.
La plupart d'entre nous tenons pour acquis le pétrole, l'essence, le charbon et le gaz naturel, mais ils sont en fait assez miraculeux. Ces combustibles fossiles représentent l'énergie solaire stockée depuis des millions d'années. Il y a des millions d'années, les plantes poussaient en utilisant l'énergie solaire pour alimenter leur croissance. Ils sont morts et se sont finalement transformés en pétrole, charbon et gaz naturel. Lorsque nous pompons du pétrole du sol, nous puisons « gratuitement » dans cet immense entrepôt d'énergie solaire. Chaque fois que nous brûlons un gallon d'essence, nous libérons cette énergie solaire stockée.
Dans l'économie de l'hydrogène, il n'y a pas de réservoir dans lequel puiser. Nous devons réellement créer l'énergie en temps réel.
Il existe deux sources possibles pour l'hydrogène :
La deuxième option est, bien sûr, légèrement perverse. Vous utilisez des combustibles fossiles comme source d'hydrogène pour l'économie de l'hydrogène. Cette approche réduit la pollution de l'air, mais elle ne résout ni le problème des gaz à effet de serre (car il y a encore du carbone dans l'atmosphère) ni le problème de la dépendance (vous avez toujours besoin de pétrole). Cependant, cela peut être une bonne mesure temporaire à prendre lors de la transition vers l'économie de l'hydrogène. Lorsque vous entendez parler de "véhicules à pile à combustible" en cours de développement par les constructeurs automobiles, presque tous prévoient d'obtenir l'hydrogène pour les piles à combustible à partir de l'essence en utilisant un reformeur. La raison en est que l'essence est une source d'hydrogène facilement disponible. Jusqu'à ce qu'il y ait des "stations à hydrogène" à chaque coin de rue comme nous avons des stations-service maintenant, c'est le moyen le plus simple d'obtenir de l'hydrogène pour alimenter la pile à combustible d'un véhicule.
Ce qui est intéressant avec la première option, c'est qu'elle est au cœur de la véritable économie de l'hydrogène. Avoir une économie d'hydrogène pur , l'hydrogène doit provenir de sources renouvelables plutôt que des combustibles fossiles afin que nous arrêtions de rejeter du carbone dans l'atmosphère. Avoir suffisamment d'électricité pour séparer l'hydrogène de l'eau et produire cette électricité sans utiliser de combustibles fossiles sera le plus grand changement que nous verrons dans la création de l'économie de l'hydrogène.
 La centrale électrique de Bayswater (Nouvelle-Galles du Sud, Australie) crée de l'électricité en utilisant des de la vapeur pour faire fonctionner les turbogénérateurs. |
D'où viendra l'électricité nécessaire à l'électrolyse de l'eau ? À l'heure actuelle, environ 68 % (référence) de l'électricité produite aux États-Unis provient du charbon ou du gaz naturel. Toute cette capacité de production devra être remplacée par des sources renouvelables dans l'économie de l'hydrogène. De plus, toute l'énergie fossile actuellement utilisée pour le transport (voitures, camions, trains, bateaux, avions) devra être convertie en hydrogène, et cet hydrogène sera également créé avec l'électricité. En d'autres termes, la capacité de production d'électricité du pays devra doubler pour répondre aux demandes de transport, puis tout devra passer des combustibles fossiles aux sources renouvelables. À ce moment-là, et seulement à ce moment-là, le flux de carbone dans l'atmosphère s'arrêtera.
À l'heure actuelle, il existe plusieurs façons de créer de l'électricité qui n'utilise pas de combustibles fossiles :
 Dans le sens des aiguilles d'une montre à partir du haut à droite :centrale électrique solaire ; centrale nucléaire; barrage hydroélectrique; éolienne |
Aux États-Unis, environ 20 % de l'électricité provient actuellement du nucléaire et 7 % de l'hydroélectricité. Les sources solaires, éoliennes, géothermiques et autres ne génèrent que 5 % de l'énergie, ce qui est à peine suffisant pour compter.
À l'avenir, à moins d'une percée technologique, il semble probable que l'une des deux choses suivantes se produise pour créer l'économie de l'hydrogène :la capacité de production d'énergie nucléaire ou d'énergie solaire augmentera considérablement. N'oubliez pas que, dans une économie purement hydrogène, la capacité de production d'électricité devra approximativement doubler car toute l'énergie pour le transport qui provient actuellement du pétrole devra être remplacée par de l'hydrogène généré électriquement. Ainsi, le nombre de centrales électriques doublera et toutes les centrales à combustibles fossiles seront remplacées.
Le problème de la production d'électricité est probablement le plus grand obstacle à l'économie de l'hydrogène. Une fois la technologie perfectionnée et peu coûteuse, les véhicules à pile à combustible alimentés à l'hydrogène pourraient remplacer les moteurs à combustion interne à essence d'ici une décennie ou deux. Mais transformer les centrales électriques en centrales nucléaires et solaires n'est peut-être pas si facile. L'énergie nucléaire a des problèmes politiques et environnementaux, et l'énergie solaire a actuellement des problèmes de coût et de localisation.
| Ouvert aux entreprises Des stations-service à hydrogène sont déjà ouvertes dans plusieurs pays, dont les États-Unis, l'Islande, le Japon et l'Allemagne. Consultez FuelCells.org - Worldwide Hydrogen Fueling Stations pour trouver une station d'hydrogène près de chez vous. |
À l'heure actuelle, le problème de la mise en circulation de véhicules à hydrogène pur est le problème du stockage/transport. L'hydrogène est un gaz volumineux, et il n'est pas aussi facile à travailler que l'essence. La compression du gaz nécessite de l'énergie et l'hydrogène comprimé contient beaucoup moins d'énergie que le même volume d'essence. Cependant, des solutions au problème du stockage de l'hydrogène font surface.
Par exemple, l'hydrogène peut être stocké sous forme solide dans un produit chimique appelé borohydrure de sodium, et cette technologie a récemment fait la une des journaux parce que Chrysler la teste. Ce produit chimique est créé à partir de borax (un ingrédient commun à certains détergents). Lorsque le borohydrure de sodium libère son hydrogène, il se transforme à nouveau en borax afin de pouvoir être recyclé.
Une fois le problème de stockage résolu et standardisé, alors un réseau de stations hydrogène et les infrastructures de transport devront se développer autour. Le principal obstacle à cela pourrait être le processus de tri technologique. Les stations ne se développeront pas rapidement tant qu'il n'y aura pas une technologie de stockage qui domine clairement le marché. Par exemple, si toutes les voitures à hydrogène de tous les constructeurs utilisaient du borohydrure de sodium, alors un réseau de stations pourrait se développer rapidement; ce genre de standardisation est peu susceptible de se produire rapidement, si l'histoire est un guide.
Il pourrait également y avoir une percée technologique qui pourrait rapidement changer les règles du jeu. Par exemple, si quelqu'un pouvait développer une batterie rechargeable bon marché avec une grande capacité et un temps de recharge rapide, les voitures électriques n'auraient pas besoin de piles à combustible et il n'y aurait pas besoin d'hydrogène sur la route. Les voitures se rechargeraient directement à l'électricité.
Vous entendrez de plus en plus parler de l'économie de l'hydrogène dans l'actualité au cours des prochains mois, car le battement de tambour se fait de plus en plus fort. Les problèmes environnementaux de l'économie des combustibles fossiles se combinent avec les percées dans la technologie des piles à combustible, et l'association nous permettra de faire les premiers pas.
L'étape la plus évidente que nous verrons est la commercialisation de véhicules à pile à combustible . Bien qu'elles soient initialement alimentées par de l'essence et des reformeurs, les piles à combustible incarnent deux améliorations majeures par rapport au moteur à combustion interne :
Les véhicules à pile à combustible à essence constituent une excellente étape de transition en raison de ces avantages.
Passer à une économie d'hydrogène pur sera plus difficile. Les centrales électriques devront passer à des sources d'énergie renouvelables et le marché devra s'entendre sur les moyens de stocker et de transporter l'hydrogène. Ces obstacles feront probablement de la transition vers l'économie de l'hydrogène un processus assez long.
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