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Profil environnemental de l’hydrogène dit « vert »

Publié le 29 décembre 2022

L’hydrogène est une solution prometteuse pour stocker et fournir de l’énergie dans le cadre d’une décarbonation de l’économie et de réduction d’émission de gaz à effets de serre. Lorsque l’hydrogène est produit à partir de l’électrolyse de l’eau en utilisant l’électricité provenant de sources renouvelables (sources non concurrentes), ce que l’on appelle « l’hydrogène vert » peut fournir une énergie relativement propre pour divers secteurs, dont les transports. Pourtant, moins de 5 % de la production mondiale d’hydrogène est produite par électrolyse de l’eau, dont seule une petite fraction est « verte ». Le reste est produit par reformage du gaz naturel, à partir de la gazéification du charbon ou comme sous-produit de la production chimique.

Bien que cela puisse sembler être un nouveau domaine de recherche, la principale technologie de production d’hydrogène par électrolyse alcaline a plus de cent ans. Les technologies en développement comprennent l’électrolyse de l’eau grâce une membrane électrolytique polymère (MEP) et les cellules d’électrolyse à oxyde solide. Chaque technologie comprend des cellules à l’intérieur desquelles le courant électrique passe à travers des électrodes dans un flux d’eau en circulation – avec l’ajout de d’hydroxyde de potassium (KOH) dans le cas de l’électrolyse alcaline – dans des conditions de pression et de chaleur données, générant de l’hydrogène et de l’oxygène.

Les études d’analyse du cycle de vie (ACV) de l’électrolyse alcaline et MEP révèlent que la consommation d’électricité est responsable de la majorité des impacts de la production d’hydrogène. WeLOOP a mené une étude ACV de la production d’hydrogène du « berceau à la porte » de ces deux systèmes, conduisant aux mêmes conclusions en utilisant les méthodes d’évaluation d’impact de la méthode PEF 3.0. Même si l’utilisation de sources d’énergie renouvelables réduit l’impact d’environ 80% par rapport à un mix électrique européen typique, cela demeure vrai si l’on considère l’énergie éolienne offshore comme la seule source d’électricité pour le processus. Néanmoins, les matières premières et la consommation d’eau contribuent également de manière significative à l’impact environnemental du procédé.

Outre l’origine de l’électricité, les trois paramètres les plus importants à considérer pour optimiser l’impact environnemental du procédé sont :

  • l’efficacité du procédé en termes de conversion d’énergie (électricité en hydrogène)
  • la durée de vie des cellules
  • la consommation de matières premières pour les cellules.

En effet, les cellules pour l’éléctrolyse alcaline contiennent de grandes quantités de nickel dans leurs anodes et cathodes, un métal ayant des impacts importants sur l’utilisation des ressources, l’écotoxicité de l’eau douce et le changement climatique. D’autre part, les membranes utilisées pour l’électrolyse MEP utilisent des quantités considérables de métaux platinoïdes, dont la production implique également des impacts importants sur les mêmes catégories d’impact que le nickel. De plus, les deux systèmes utilisent une bonne quantité de cuivre, un métal de plus en plus rare, ce qui a un impact sur la catégorie d’utilisation des ressources.

Il existe différentes manières de réduire la part des impacts dus au métal consommé pour les systèmes d’électrolyse : la réduction de la quantité de métal utilisée, l’allongement de la durée de vie des cellules, et le recyclage. Par exemple, nous avons constaté que la réduction de moitié de la teneur en nickel des cellules d’électrolyse alcaline réduirait l’impact de la production d’hydrogène d’environ 10 % si tous les autres paramètres restaient inchangés. L’enjeu pour améliorer le profil environnemental de l’hydrogène vert dans le futur réside donc dans la recherche d’un juste équilibre entre l’efficacité du procédé, la durée de vie des cellules, et la consommation et le recyclage des métaux utilisés pour les cellules.

Si vous souhaitez en savoir plus, n’hésitez pas à nous contacter via info@weloop.org.