Comment est fabriqué l'hydrogène

Comment est fabriqué l'hydrogène
Figurant parmi les éléments chimiques les plus abondants de l’univers, l’hydrogène n’est pas facile à isoler. Reformage, gazéification, électrolyse… plusieurs modes de fabrication existent.

L'hydrogène est l'un des plus petits atomes présents sur Terre. Abondant, il fait le bonheur des raffineries, des métallurgies et même des piles à combustible. Seulement, sa disponibilité va de pair avec une certaine difficulté d'extraction. A l'état naturel, ces atomes sont toujours imbriqués dans des molécules. Pour les isoler, il faut systématiquement rompre les liaisons qui les unissent à d'autres atomes, notamment le carbone (C) ou l'oxygène (O).

Pendant longtemps, cela n'était possible qu'en faisant appel soit au reformage, soit à la gazéification. Malheureusement, ces procédés impliquent le recours à des énergies fossiles (pétrole, gaz) ou à du bois. Encore aujourd'hui, 95 % de l’hydrogène est ainsi produit. Heureusement, avec l'électrolyse, les contours d'un futur où la production d'hydrogène vert sera la norme se dessine peu à peu...

Le reformage : transformer le méthane en hydrogène

C'est le procédé ayant actuellement les faveurs des gros industriels. Peu onéreux, son impact écologique est cependant considérable.

Une fois une poche de gaz naturel identifiée, la première des étapes est de réaliser une hydrodésulfuration. En effet, dans la nature, outre le méthane (CH4), le gaz est empli de soufre dont la présence peut compromettre la suite des opérations.

Purifié, le méthane est mis en présence d'eau surchauffée. À cause de la présence des atomes d'eau (H20) et de la forte température, les liaisons unissant les atomes de carbone s'effritent. Flottant librement dans l'atmosphère, ils se réarrangent progressivement pour donner un gaz de synthèse fait de monoxyde de carbone (CO) et de dihydrogène (H2). Et ce n'est que le début...

Par la suite, la vapeur d'eau encore présente dans le milieu réagit avec ledit gaz pour donner naissance à du dioxyde de carbone (CO2) et du dihydrogène. Au bout de quelques minutes, tous les composants présents ont muté. Désormais, il ne reste plus qu'un mélange de CO2 et de H2, lequel sera clarifié pour ne conserver que 99,99 % de H2.

La gazéification : produire de l’hydrogène à partir du charbon de bois

De toutes les méthodes employées pour produire de l’hydrogène, celle-ci est de loin la plus polluante. Pointée du doigt par les écologistes, elle tend peu à peu à être remplacé par des approches plus respectueuses de l'environnement.

Dans un réacteur à très haute température, du charbon de bois est mis à brûler. L'objectif est de briser les différentes liaisons qui unissent les atomes du méthane (CH4) présent dans le composé. Ainsi, les atomes de carbone et de H pourront s'unir avec ceux des gaz présents dans le siphon.

À partir du méthane (CH4), on obtiendra du dihydrogène (H2) et du monoxyde de carbone (CO).

Pour que la réaction donne le résultat escompté, la température de chauffe doit osciller entre 1 200 et 1 500° C. En dehors du charbon de bois, la gazéification peut tirer sa puissance de la biomasse. Même en recourant à cette source énergétique, le processus reste peu écologique, à l'inverse de celui qui suit.

L'électrolyse : métamorphoser l'eau en hydrogène

Recouvrant 70,1 % de la surface du globe terrestre, l'eau est sans conteste la molécule la plus abondante au sein de l’environnement. Ce n'est pas hasard que la Terre porte le sobriquet de "petite planète bleue".

Sur le plan moléculaire, l'eau se présente sous la forme de deux atomes d'hydrogène (H) liés à un atome d'oxygène (O). Sa formule s'écrit donc H2O. Heureusement, les liaisons entre les atomes H et O peuvent être aisément dissoutes avec de l'électricité.Si elle est soumise à un courant électrique, la molécule d'eau se départit de sa cohésion. H2O devient un ion hydroxyde (OH)- et un proton H+. Mis côte à côte, les protons réagissent entre eux et donnent du dihydrogène (H2).

Afin d'utiliser moins d'énergie, il est possible de substituer l'eau liquide par son équivalent gazeux. Ne nécessitant qu'une température de 700 à 1 000° C pour voler en éclats, la vapeur d'eau est une alternative intéressante pour ceux qui désirent accélérer la vitesse de la réaction.

L'un des plus gros atouts de ce procédé, c'est son incroyable facilité. Oubliez les réacteurs en téflon ou les installations titanesques. L'électrolyse permet d'obtenir de l'hydrogène pur avec une facilité déconcertante. Du moment que vous disposez de deux électrodes, il devient possible de produire du H2.
Sur le plan écologique, cette procédure fourmille de qualités. Peu importe l'étape du procédé, pas un seul gaz nocif n'est émis. C'est pourquoi, à ce jour, c'est le seul moyen de produire de l'hydrogène vert.

Si vous désirez rester dans une démarche zéro déchet, utilisez des sources d'énergie renouvelables pour alimenter les appareils. Énergie éolienne, biogaz, solaire... Vous avez l'embarras du choix pour limiter la production de gaz à effet à serre. Qu'attendez-vous pour vous laisser séduire par l'hydrogène vert ?

La photosynthèse : produire de l'hydrogène grâce aux micro-organismes

Décidément, la nature n'a pas fini de nous surprendre... Au détour d'une expédition scientifique, des chercheurs ont découvert des microorganismes capables de produire du H2 à partir de lumière et d'eau.

Après analyse, il s'agissait d'algues vertes unicellulaires ou de cyanobactéries. Petits par leurs tailles, ces êtres vivants ne le sont pas par leurs capacités. Ils n'ont besoin que d'eau et de rayons lumineux pour synthétiser naturellement ce gaz prisé des hommes.

Actuellement, de nombreux projets de recherche se sont donnés pour mission d'optimiser au maximum cette réaction. En calquant ce modèle, il a déjà été possible de créer des cellules photo électrochimiques, lesquelles électrolysent l'eau en H2 sous l'effet de la lumière solaire.

La thermochimie : décomposer l'eau à très hautes températures

À très haute température, l'eau se décompose naturellement en H et O. Cependant, il reste encore beaucoup à faire avant de maîtriser totalement ce phénomène.