L’hydrogène

Qu’est-ce que l'(di)hydrogène?

C’est le premier élément du tableau périodique, il est constitué d’un proton et d’un électron. L’hydrogène seul a l’état naturel n’existe pas, on doit parler du di-hydrogène. Il a été créé lors du Big Bang (nucléosynthèse primordiale), on en trouve partout dans l’univers et c’est l’atome le plus abondant. Sur Terre l’hydrogène se trouve rarement à l’état pur, il est généralement associé à d’autres éléments comme l’oxygène et le carbone. Pour s’en servir il est donc nécessaire de le séparer de ces éléments.

On trouve l’hydrogène dans ;

• l’eau – H₂O
• les hydrocarbures
  • méthanes (CH₄) : appelé gaz naturel et qui est en réalité un gaz fossile
  • pétrole
  • charbon

Lorsqu’on extrait l’hydrogène de l’eau ou d’un hydrocarbure, ce n’est pas l’atome d’hydrogène pur qui est extrait mais une molécule appelée Dihydrogène, H₂.

Le dihydrogène est la molécule d’hydrogène. Cette molécule est constituée de deux atomes d’hydrogènes liés. Il ne faut pas confondre la molécule d’hydrogène avec les isotopes de l’hydrogène. Un isotope est un atome dont le noyau contient le même nombre de proton mais dont le nombre de neutron diffère.

Ainsi en plus de l’hydrogène ¹H appelé protium, c’est-à-dire l’hydrogène le plus présent sur terre et qui est utilisé pour la molécule de dihydrogène, il existe aussi deux isotopes présents sur terre :

• le deutérium, ²H, élément stable
• le tritium, ³H, élément instable produit lors de la fission nucléaire

L’avantage de la molécule d’hydrogène (le dihydrogène) est qu’elle est plus grande que l’atome simple d’hydrogéne. Elle est donc (un peu) plus facile à contenir.

Le dihydrogène n’est pas toxique, peu explosif (dépend de la dilution dans l’air), par contre la flamme est incolore et donc dangereuse. Il est inflammable avec une faible énergie d’inflammation.

La densité énergétique

Dans les applications de stockage d’énergie, la densité énergétique fait référence soit à la densité d’énergie massique, soit à la densité d’énergie volumique. Plus la densité d’énergie est élevée, plus il y a d’énergie pouvant être stockée ou transportée pour un volume ou une masse donné. Ceci est particulièrement important dans le domaine des transports (automobile, avion, fusée,…). On notera que le choix d’un carburant pour un moyen de transport, outre les aspects économiques, tient compte du rendement du groupe motopropulseur.

L’hydrogène!ne est le gaz le plus léger de l’univers. Le gaz ne pèse presque rien mais possède une densité énergétique massique extrêmement élevée. Un kg d’hydrogène contient une grande quantité d’énergie, ce qui en fait un vecteur énergétique efficace et léger.

A sont tour, la densité énergétique volumétrique de l’hydrogène est particulièrement faible. Par volume, le contenu énergétique de l’hydrogène est même beaucoup plus faible que celui de la plupart des autres carburants et vecteurs énergétiques. Par conséquent, le stockage ou l’utilisation de l’hydrogène à la pression et à la température atmosphérique nécessite une quantité importante d’espace. Heureusement il existe des solutions à ce problème.

Production de l’hydrogène

Le dihydrogène est classifié en fonction de couleurs liées aux modes de production. La majorité de dihydrogène produit n’est pas écologique, c’est le gris.

Le vaporeformage est le système le plus utilisé aujourd’hui pour la production d’hydrogène dans les industries chimiques et pétrochimiques, le rendement est compris entre 65 et 80%.

C’est un procédé maitrisé mais qui produit d’énormes quantité de CO₂.