L’hydrogène

À l’heure actuelle, de nombreux scientifiques estiment que nous devons réduire les émissions de gaz à effet de serre d’au moins 50 % pour prévenir ou du moins ralentir le réchauffement planétaire. Dans le cadre des efforts déployés afin de nous libérer de notre dépendance à l’égard des combustibles fossiles et de réduire ainsi nos émissions de gaz à effet de serre, plusieurs technologies tant anciennes que nouvelles ont fait l’objet de travaux de recherche et développement. La technologie de l’hydrogène est l’une des plus prometteuses. L’hydrogène permet en effet de produire de l’électricité et d’assurer le transport ou le chauffage sans émissions de gaz à effet de serre et pratiquement sans pollution.

L’hydrogène est un élément constitué d’un proton et d’un électron. On peut le convertir en énergie en le brûlant, comme les combustibles fossiles, ou en électricité en utilisant des piles à combustible. Même s’il est l’un des éléments les plus abondants dans l’univers, on ne peut pas simplement extraire l’hydrogène du sol comme le pétrole ou le charbon. On doit le produire. Il existe à l’heure actuelle deux méthodes de production de l’hydrogène.

L’une des méthodes, le vaporeformage du méthane, consiste à produire de l’hydrogène en combinant du gaz naturel et de la vapeur. Cette méthode est très efficace à grande échelle, mais elle rejette du dioxyde de carbone, alors que c’est justement ce qu’on tient à éviter. La seconde méthode, l’électrolyse, produit de l’hydrogène en séparant l’eau ordinaire en oxygène et en hydrogène. Toutefois, comme ce procédé requiert de l’électricité, on se trouve dans une situation tout à fait absurde où l’on utilise de l’électricité produite au moyen de combustibles fossiles, donc émettant du dioxyde de carbone, pour obtenir de l’hydrogène. L’une des méthodes proposées pour obtenir l’électricité requise afin de mettre en place un système d’électrolyse à grande échelle consisterait à utiliser le surplus d’électricité des centrales nucléaires lorsque la demande est faible. On envisage également de concevoir et de construire de nouvelles centrales nucléaires de prochaine génération produisant davantage de chaleur que l’on pourrait utiliser pour la production d’hydrogène.

Le transport est à l’origine de 30 % des gaz à effet de serre. Or, l’hydrogène peut être brûlé directement dans des moteurs à combustion interne modifiés, similaires à ceux qui équipent aujourd’hui nos automobiles, sauf que les gaz d’échappement seront de la vapeur d’eau et une petite quantité d’azote. Les piles à membrane échangeuse de protons (PCMEP) transforment l’hydrogène en électricité pouvant propulser des véhicules électriques, le seul sous‑produit étant de la vapeur d’eau.

Pile à combustible à membrane échangeuse de protons (PEM).

La technologie des PCMEP est la seule à avoir été expérimentée à ce jour par de nombreux constructeurs automobiles. Des autobus alimentés à l’hydrogène roulent déjà sur les routes d’Europe, du Japon et des États‑Unis et certains constructeurs envisagent de mettre en circulation dès 2008 des prototypes d’automobiles propulsées à l’hydrogène.

Chef de file mondial de la recherche-développement et de la fabrication dans le domaine des piles à combustible à membrane échangeuse de protons, la société Ballard Power Systems of Canada vend sa technologie dans le monde entier aux fabricants automobiles de pointe.

Non seulement les véhicules utilisant des PCMEP ne polluent pas, mais aussi ils sont tellement silencieux que de nombreux conducteurs n’entendent même pas le moteur tourner sous le capot.

Dans le schéma ci‑dessus, le fonctionnement de la pile est divisé en deux. D’un côté, les atomes d’hydrogène sont séparés en protons et en électrons sur une mince feuille de métal, généralement du platine. De l’autre côté, les atomes d’hydrogène fournis par l’atmosphère sont prêts à se combiner aux atomes d’hydrogène en une combustion silencieuse.

Les deux côtés de la pile sont séparés par une MEP spéciale qui laisse passer les protons, mais non les électrons. Lorsque les deux côtés de la pile sont raccordés à un conducteur, cela crée un courant électrique que l’on peut utiliser pour faire tourner un moteur électrique.

On emploie les PCMEP dans le programme spatial depuis des dizaines d’années pour produire de l’énergie dans les engins spatiaux pilotés par des équipages. Ces piles étonnantes, extrêmement coûteuses jusqu’à une époque récente, sont maintenant utilisées des entrepôts où elles alimentent des chariots élévateurs à fourche ne produisant pas d’émissions, dans les mines où elles alimentent de grosses excavatrices souterraines ne rejetant pas de gaz d’échappement susceptibles de contaminer l’air ambiant et dans certaines villes où elles permettent d’assurer le transport en commun sans émissions polluantes. Au Canada, des travaux sont en cours pour aménager une autoroute de l’hydrogène pour les Jeux Olympiques d’hiver de 2010. Des autobus et des navettes propulsés à l’hydrogène assureront le transport des athlètes et des touristes.

Au Japon, un plan dynamique en cours de réalisation a pour objet non seulement d’utiliser des PCMEP pour alimenter 2 millions de voitures d’ici 2020, mais également de faire de la cogénération. La technologie de la cogénération utilise en effet les piles à combustible pour produire de la chaleur et de l’électricité afin d’alimenter des habitations et des entreprises.

Cette technologie novatrice s’inscrit dans le cadre de l’« économie de l’hydrogène ». Si l’hydrogène devient une source d’énergie véritablement exploitée à grande échelle, il faudra aménager une infrastructure entièrement nouvelle. On devra construire des centrales électriques qui, sans utiliser de combustibles fossiles, produiront l’électricité nécessaire au procédé de fabrication par électrolyse. Il faudra construire des usines de fabrication et des entrepôts alimentées à l’hydrogène. L’industrie automobile devra réoutiller nombre de ses usines de façon à produire des véhicules à pile à combustible et on devra aménager des stations service offrant de l’hydrogène. Cette activité se traduira non seulement par la création d’une foule d’emplois nouveaux et l’avènement de nouveaux métiers, mais également par l’introduction de produits inédits et d’innovations, tout en assurant par le fait même la protection de l’environnement.

fuel cell bus
Autobus à pile à combustible.

Certains journalistes ont décrit l’hydrogène comme un produit dangereux et ont comparé les véhicules à hydrogène à des « mini‑Hindenburg » en référence au tristement célèbre dirigeable, parce qu’il s’agit d’un gaz explosif. En effet, l’explosion du Hindenburg, survenue le 6 mai 1937 à l’aéroport de Lakehurst, dans le New Jersey, avait sonné le glas de l’industrie du dirigeable, même si de nombreux passagers avaient survécu à l’accident. Or, l’hydrogène n’est pas plus explosif que l’essence que l’on utilise depuis plus d’un siècle dans des millions et des millions d’automobiles. En outre, comme l’hydrogène est plus léger que l’air, il se disperse rapidement en cas de fuite, réduisant ainsi le risque d’incendie; quand il s’enflamme, l’hydrogène produit très peu de chaleur rayonnante, ce qui contribue à limiter la propagation du feu. À bien des égards, l’hydrogène est un combustible plus sûr que le propane comprimé utilisé dans les barbecues et les foyers au gaz.

L’économie de l’hydrogène est peut-être encore à une vingtaine d’années de nous, mais elle pourrait bien révolutionner notre planète, presque autant que la machine à vapeur, le téléphone et l’ordinateur, en nous offrant une énergie propre pratiquement illimitée à prix abordable, dépourvue de gaz à effet de serre et pouvant être produite partout où il y a de l’électricité.