A l'état naturel, il est généralement combiné avec d'autres atomes : on le trouve notamment dans l'eau (H2O), le pétrole (hydrocarbures HC) ou encore le gaz naturel (composition CH4).
Sur Terre il est surtout présent à l'état d'eau liquide, solide (glace) ou gazeuse (vapeur d'eau), mais il se trouve aussi dans les émanations de certains volcans sous forme H2 et de méthane CH4.
Sur Terre, on trouve essentiellement l'hydrogène sous forme combinée - à l'oxygène dans l'eau (H20), au carbone (CH4, C2H6, etc.) - mais aussi directement sous forme gazeuse. Plusieurs phénomènes entraînent en effet une génération continue d'hydrogène dans la croûte terrestre.
On le trouve dans la composition du Soleil, des étoiles, des planètes gazeuses. Sur notre planète, on a noté quelques émanations d'hydrogène naturel, mais non exploitables en quantités significatives et à des coûts compétitifs. Pour l'utiliser, il faut donc l'isoler.
Électrolyse de l'eau
La molécule d'eau, soumise à un courant électrique au travers de deux électrodes, se dissocie en oxygène et hydrogène gazeux : c'est l'électrolyse. Le courant électrique dissocie la molécule d'eau en ions hydroxyde (OH)- à la cathode et en protons H+ à l'anode.
Mais l'hydrogène n'est pas une solution miracle du point de vue écologique. Il génère des pollutions, et son faible rendement le rend peu avantageux pour les usages où l'électricité peut déjà remplacer les énergies fossiles.
Faible efficacité due à d'importantes pertes d'énergie
La méthode la plus propre pour produire de l'hydrogène est l'électrolyse, qui consiste à utiliser l'électricité pour séparer l'eau en hydrogène et en oxygène. Mais ce procédé consomme beaucoup d'énergie et son rendement est bien inférieur à 100 %.
Les inconvénients de l'hydrogène
Le principal inconvénient de l'hydrogène, c'est que l'exploitation de cette énergie coûte encore relativement cher. En l'occurrence, le coût de production de l'hydrogène vert se situe entre 3 et 6 €/kg quand le coût de production de l'hydrogène gris est de 1,5 €/kg.
Toutefois, la fabrication d'hydrogène décarboné encouragé par le gouvernement, via l'électrolyse de l'eau, apparaît comme un mode de production propre. Les voitures et autres véhicules alimentés par cet hydrogène sont donc véritablement non polluants.
Il existe trois méthodes pour fabriquer de l'hydrogène : l'électrolyse de l'eau, le reformage du gaz (ou vaporeformage) et la pyrolyse de méthane.
L'Agence internationale de l'énergie (AIE) a assuré dans un rapport qui date déjà de 2019 que l'hydrogène est une énergie d'avenir. En effet, grâce à son faible rejet de CO2 cette énergie paraît être une alternative crédible. Effectivement associée à une pile à combustible, cette énergie ne rejette pas de CO2.
Air Liquide, le leader français des gaz industriels, est l'un des plus gros producteurs mondiaux d'hydrogène depuis des décennies. Cette activité lui rapporte quelque 2 milliards d'euros par an.
La production d'hydrogène vert
L'hydrogène peut être produit par « électrolyse de l'eau » : ce procédé consiste à faire passer un courant électrique dans l'eau pour décomposer ses molécules (H2O) et en extraire l'hydrogène.
Quel est le prix d'un plein d'hydogène ? Les voitures à hydrogène vert embarquent environ 6 kg d'hydrogène. Le kilo étant actuellement facturé entre 10 et 15 euros, il faut donc compter entre 60 et 90 euros.
Première voiture à hydrogène de grande série dans le monde, la Toyota Mirai a débuté sa carrière dans de rares pays dont la France en 2018 et se renouvelle en 2021 dans une seconde génération complètement repensée et augmentant son autonomie à 650 kilomètres.
Les véhicules électriques à pile à combustible à hydrogène de dernière génération peuvent parcourir de plus grandes distances que de nombreux autres véhicules électrifiés. Par exemple, la Toyota Mirai peut vous accompagner sur 650 km avec un seul réservoir d'hydrogène. Et sans émissions.
Dans le cas de la France, la production d'électricité est peu carbonée car fortement nucléarisée, ce qui n'est pas le cas de tous les pays européens. La construction du VE et surtout de sa batterie étant très émettrice de GES, les bénéfices environnementaux n'apparaissent que si la voiture roule suffisamment.
L'hydrogène fournit l'énergie nécessaire pour une plus grande autonomie, tandis que la batterie de moyenne capacité permet d'associer puissance et performances avec la récupération d'énergie et la capacité de recharge.
Avec un seul proton et un seul électron, l'hydrogène est le seul élément sans neutron. C'est donc l'élément le plus simple de l'Univers, « ce qui explique son abondance dans l'Univers », ajoute May Nyman.
Outre les voitures, de nombreux autres véhicules pourraient également passer à l'hydrogène. Le transport maritime en est un exemple. Il existe également des camions qui fonctionnent à l'hydrogène. D'autres applications durables de l'hydrogène pourraient également voir le jour, en dehors du secteur des transports.
La pile à combustible utilise la réaction entre l'hydrogène (H2) et le dioxygène (O2) pour produire l'électricité nécessaire au fonctionnement de la voiture. L'hydrogène est stocké à haute pression dans les réservoirs du véhicule, alors que le dioxygène est directement prélevé dans l'air ambiant.
La filière de l'hydrogène devrait créer plus de 100 000 emplois d'ici à 2030. Les profils d'ingénieurs sont actuellement les plus recherchés, mais des recrutements de techniciens et d'opérateurs seront rapidement nécessaires pour assurer l'exploitation et la maintenance des installations.