L’hydrogène pour stocker de l’électricité, comment cela fonctionne ?
Il est possible de produire de l’hydrogène en utilisant de l’eau et de l’électricité. Ensuite il est possible de faire l’opération inverse et de récupérer de l’électricité en transformant l’hydrogène en eau. Cette transformation étant réversible, on peut donc utiliser l’hydrogène pour stocker de l’électricité.
Etape 1 : Produire de l’hydrogène par électrolyse en utilisant de l’électricité
Grace à un électrolyseur, qui utilise beaucoup d’énergie, il est possible de transformer de l’eau en hydrogène. En effet, l’hydrogène appelé également dihydrogène h2 est un vecteur énergétique.
Eau + électricité = Hydrogène + Oxygène
Etape 2 : le stockage de l’hydrogène
L’hydrogène est un gaz qui est difficile à stocker car il est tellement petit et léger qu’il se faufile partout et il nécessite d’importants moyens techniques pour le stocker à température basse et à très haute pression. Le prix de stockage et de transport de l’hydrogène est beaucoup plus élevé que celui du gaz de ville ou du diesel.
Par exemple, pour faire un trajet de 600km en voiture, il faut un réservoir de 40 kg de gasoil, mais il faut un réservoir de 250 kg d’hydrogène (c’est surtout l’enveloppe qui coute cher et pèse très lourd pour maintenir l’hydrogène à 700 Bar, soit la pression qu’on retrouve à 7 000 m sous les mers).
De plus le réservoir à hydrogène perd entre 1% et 5% de son contenu tous les jours, il faut donc éviter de laisser la voiture sans rouler trop longtemps…sinon attention à la panne sèche.
Etape 3 : le déstockage de l’hydrogène pour produire de l’électricité
L’hydrogène (H2) est un gaz qui peut facilement se transformer en eau (H20) en absorbant une molécule d’oxygène et en produisant de l’électricité. Cette opération est réalisée dans une pile à combustible. On dit que que l’hydrogène est décarboné car sa production n’émet pas de dioxyde de carbone (CO2).
Hydrogène + Oxygène = Eau + électricité
Quel est le rendement de la chaine hydrogène ?
Comme le montre cette étude réalisée par l’ADEME, pour générer 100 kWh d’électricité à partir de l’hydrogène, il faut 440 kWh d’électricité,.
Le stockage hydrogène c’est 80% de pertes dans le process de stockage.
En comparaison, quel est le rendement de la chaine batterie ?
Dans une optique de comparaison des rendements énergétiques de la chaîne hydrogène et batterie pour une application véhicule par exemple, on peut s’appuyer sur les éléments suivants : le rendement de charge d’une batterie de véhicule est de l’ordre de 88%, le rendement de décharge étant estimée à 93%. En considérant un onduleur et un transformateur entre la sortie batterie et le moteur électrique, on obtient ainsi le rendement système global : (selon cet article)
Le stockage dans une batterie c’est 26% de pertes dans le process de stockage.
Comment produire de l’hydrogène à des prix raisonnables ?
Il existe deux manières de produire de l’hydrogène.
- Soit en utilisant un sous produit de l’industrie pétrolière (99% de la production d’hydrogène actuel)
- Soit en réalisant l’hydrolyse de l’eau(H2O) en utilisant de l’électricité (1% e la production d’hydrogène actuel car cela coute très cher) pour séparer les 2 atomes d’hydrogène de l’atome d’Oxygène. Ce type d’hydrogène quand il est produit avec l’aide d’énergie renouvelables est appelé, hydrogène vert. Actuellement l’hydrogène verts est commercialisé à 15 € le kg (par Air liquide, selon cette source). Avec 1kg, une voiture à hydrogène fait environ 100 km, ce qui fait que ce type de voiture, n’est pas encore vraiment rentable.
Dans le contexte de la transition énergétique, et de la décarbonisation de l’économie, il est évident qu’utiliser du pétrole pour faire de l’hydrogène n’a pas d’avenir. La seule solution est donc de trouver un moyen de produire de l’électricité à bas prix pour générer de l’hydrogène par hydrolyse de l’eau.
Baisse des prix en vue pour l’hydrogène vert ?
Il n’y a pas de secrets. Pour réduire le prix de production de l’hydrogène vert, il faut trouver une source d’électricité à très bas prix. De tous les moyens de produire de l’électricité, le solaire est le moyen le plus économique avec des prix record de l’ordre de 3 c€/kWh (alors que produire de l’électricité avec du gaz, du charbon ou de l’uranium coute plus du double). Pour en savoir davantage, nous vous invitons à lire cet article qui fait le point des records.
Les chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont identifié des sites où l’hydrogène pourrait être produit par électrolyse alimenté par des panneaux solaires à des prix allant de 1,60 €/kg à 3,60 €/kg aux États-Unis vers 2030. (voir cet article)
Ces prix que nous allons atteindre dans plus de 10 ans, vont ils permettre de rendre enfin l’hydrogène compétitif ?
En 2030, combien devrait coûter le stockage de 1 kWh dans de l’hydrogène vert ?
Aujourd’hui en 2020 :
1 Kg d’Hydrogène vert coûte en 2020, environ 15 € et contient environ 30 kWh d’électricité. Ce qui fait le prix du stockage dans de l’hydrogène à 50 c€/kWh. Alors que produire ce même kWh électrique avec du solaire coûte 3 c€/kWh en 2020.
En 2030 :
A cette époque, 1kg d’hydrogène va coûter environ 2,6 €/kg à produire (si une baisse rapide du prix est observée). Ce qui fait le prix du stockage dans l’hydrogène à 9 c€/kwh. Vers 2030, le prix du solaire aura lui aussi baissé selon la loi de Swanson, et sera autour de 1c€/kWh…….il va donc il y avoir encore pendant longtemps un prix du stockage hydrogène qui va rester élevé et qui va donc limiter cette technologie à des usages marginaux.
Pour aller plus loin, nous vous invitons à regarder cette vidéo pédagogique.
Dans cette illustration, on comprend parfaitement pourquoi les acteurs de l’ancien monde énergétique (pétrole, charbon et nucléaire) aiment tant l’hydrogène. car avec l’hydrogène, il faut continuer de centraliser les flux.
