Le département américain de l'énergie publie son nouveau programme hydrogène

Le dernier document majeur concernant l’hydrogène et publié par cet organisme date d’une dizaine d’années. Le nouveau fait la part belle à la mobilité, en n’oubliant ni les carburants de synthèse, ni l’alimentation des trains, bateaux, avions et véhicules réservés à des exploitations très spécifiques.

Pour le département de l’énergie, il s’agit de tracer les grandes lignes de la stratégie américaine pour le développement de l’hydrogène, en particulier obtenu de sources propres. Et ce, afin de réduire les émissions carbonées ainsi que la pollution causée par le secteur des transports. De gros moyens financiers devraient pour cela alimenter les structures effectuant des travaux de recherche et de mise au point.

L’hydrogène pouvant être transporté par camion, réseau de gaz et bateau, l’Etat fédéral américain table sur une production suffisamment importante pour en exporter une partie. A horizon 2050, l’économie H2 sur le territoire pourrait générer des revenus annuels de l’ordre de 750 milliards de dollars et être à l’origine de 3,4 millions de nouveaux emplois. L’industrie américaine ne craint plus d’investir dans des projets à grande envergure. Ainsi en Floride où un électrolyseur 20 MW permettra d’obtenir de l’hydrogène à partir de l’énergie solaire. Un exemple parmi de nombreux autres.

Les nouvelles demandes

Aux Etats-Unis, il existe une demande grandissante d’hydrogène pour alimenter les engins de manutention (35.000 en fonctionnement en 2020), les bus et les véhicules légers (8.800 unités en circulation actuellement). Pour les ravitailler, 45 stations sont en service sur le territoire.

De nouvelles applications sont émergentes et prometteuses au niveau des poids lourds routiers, du matériel de construction, de celui des exploitations minières notamment dans les espaces difficiles à ventiler, des trains lorsque l’électrification des lignes par caténaires n’est pas possible, des bateaux pour réduire les émissions de soufre, et en prolongateur d’autonomie pour des avions de tailles relativement modestes. En ajoutant l’exploitation de ce produit pour l’industrie chimique, le stockage de l’énergie et la progression des énergies vertes intermittentes, les besoins en hydrogène propre et compétitif s’annoncent particulièrement importants dans le futur.

Diversité de sources

Pour développer les volumes d’hydrogène, le département de l’énergie envisage le recours au nucléaire, à l’éolien, au solaire, à la géothermie, à la biomasse, à la transformation du plastique, etc. L’utilisation des énergies fossiles avec capture du CO2 est toujours évoquée à court et moyen termes. Le tout demande une accélération des nouvelles technologies capables de répondre à ces défis.

Quasiment négligeables aujourd’hui, les volumes attendus en hydrogène à horizon 2050 seraient de 17 millions de tonnes métriques pour l’alimentation des véhicules à PAC H2, et de 9 millions de tonnes pour obtenir des carburants de synthèse et améliorer les biocarburants. Pour rappel, combiné avec du dioxyde de carbone, l’hydrogène permet de produire des carburants synthétiques qui peuvent répondre à des besoins particuliers pour diverses applications de transport. Ainsi, afin de pérenniser l’utilisation des moteurs à combustion interne et la vaste infrastructure de carburant liquide existante pour des utilisations finales difficiles à décarboner, comme l’aviation long-courrier par exemple.

L’hydrogène peut aussi être mélangé avec de l’azote pour obtenir de l'ammoniac à exploiter par exemple en alimentation des navires importants. Pour toutes ces solutions, le département de l’énergie américain milite en faveur d’une harmonisation des protocoles de ravitaillement.

Chiffres cibles

Dans son document, l’organisme s’est fixé quelques chiffres cibles qui permettront de rendre compétitif l’usage de l’hydrogène propre dans les transports : 2 dollars le kilo pour la production et 2 dollars de plus pour le transport et la distribution ; 80 dollars du kilowatt de puissance pour les piles à combustible équipant les poids lourds effectuant de longues distances avec une durée de vie de 25.000 heures au minimum. Ces derniers devront disposer d’une réserve de 100 kg d’hydrogène au moins. Elle sera plus 10 fois supérieure (plus d’une tonne) pour des applications marines et au rail.

Concernant les électrolyseurs, le prix au kW ne devrait pas dépasser les 300 dollars avec une durabilité d’au moins 80.000 heures. Même si ce n’est pas la technique la plus médiatisée, la biomasse pour la production d’hydrogène représente aux Etats-Unis un potentiel mobilisable supérieur à un milliard de tonnes sèches par an.

Amélioration des PAC

La mobilité hydrogène de demain passe par diverses améliorations au niveau des piles H2. Un rendement minimal de 60% est requis avec du matériel faisant moins appel aux métaux du groupe du platine. Onéreux, ces matériaux rendent les Etats-Unis dépendants des pays producteurs étrangers. Tout en devenant plus économiques et dotées d’une durée de vie plus importante, les membranes doivent se montrer particulièrement résistantes aux hautes températures.

Des recherches seront poussées pour mettre en évidence et gommer les processus de dégradation au sein des piles à combustible. La modularité des systèmes permet de mettre au point rapidement le meilleur empilement pour chaque application dès l’origine et en évolution sur une installation déjà fonctionnelle depuis des années. Des progrès doivent également être réalisés un niveau des électrolytes, des plaques bipolaires qui assurent notamment l’élimination de l’eau et la diffusion du courant électrique produit, des couches de circulation du gaz, des compresseurs, des ventilateurs et de l’électronique de puissance.

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