La chaîne de l'hydrogène

Exercice supplémentaire · niveau 2 · enseignement scientifique (terminale), chapitre 5 — Conversion et transport de l'énergie électrique

Énoncé

On dispose de $1, 0$ MWh d'électricité excédentaire. Électrolyse : $η_{1} = 0, 68$ . Compression et stockage : $η_{2} = 0, 90$ . Pile à combustible : $η_{3} = 0, 55$ . L'énergie libérée par la combustion du dihydrogène vaut environ $33$ kWh par kilogramme. 1. Quelle énergie chimique l'électrolyse produit-elle ? À quelle masse de dihydrogène cela correspond-il ? 2. Quelle énergie électrique récupère-t-on au bout de la chaîne ? 3. Calculer le rendement aller-retour et le comparer à celui d'une batterie ( $0, 92$ ). 4. Pourquoi envisage-t-on malgré tout cette filière ? 5. L'hydrogène est-il une énergie « propre » ?

Corrigé

1. $1, 0 \times 0, 68 = 0, 68$ MWh $= 680$ kWh sous forme chimique, soit $680/33 \approx 21$ kg de dihydrogène. Ce gaz occuperait, à pression atmosphérique, plus de $200$ mètres cubes : c'est pourquoi on le comprime à plusieurs centaines de bars, ce qui coûte encore de l'énergie.

2. $1, 0 \times 0, 68 \times 0, 90 \times 0, 55 \approx 0, 34$ MWh.

3. $η_{AR} \approx 0, 34$ , contre $0, 92$ pour une batterie : on perd environ deux tiers de l'énergie, contre moins d'un dixième. Pour restituer un kilowattheure, il faut en injecter trois.

4. Parce que le rendement n'est pas le seul critère. L'hydrogène se conserve des mois sans autodécharge, ce qu'aucune batterie ne sait faire ; il peut être stocké en très grande quantité, par exemple en cavité saline ; et il sert aussi de matière première industrielle (engrais, raffinage, réduction du minerai de fer) où il n'a pas de substitut électrique. Sa place probable est donc dans les usages où l'électricité directe ne convient pas, plutôt que dans le stockage de courte durée.

5. La question est mal posée : l'hydrogène n'est pas une énergie, c'est un vecteur. Son bilan dépend entièrement de la manière dont il a été fabriqué. Produit par électrolyse avec de l'électricité peu carbonée, il n'émet pratiquement pas de $CO_{2}$ ; produit, comme l'essentiel de la production mondiale actuelle, par vaporeformage du méthane, il en émet beaucoup. Le même gaz, le même usage, deux bilans opposés : c'est le type même de nuance qu'un slogan efface et qu'un raisonnement scientifique doit rétablir.

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