Production et distribution d’hydrogène

Bien qu’élément abondant sur terre, on trouve souvent l’hydrogène dans d’autres composés, comme l’eau (H2O), et doit être séparé des composés qui le contiennent avant qu’il puisse être utilisé comme carburant dans les véhicules. Une fois séparé, l’hydrogène peut être utilisé avec l’oxygène de l’air dans une pile à combustible pour créer de l’électricité par un processus électrochimique.

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Production

L’hydrogène peut être produit à partir de diverses ressources nationales, y compris les combustibles fossiles, la biomasse et l’électrolyse de l’eau avec de l’électricité. L’impact environnemental et l’efficacité énergétique de l’hydrogène dépendent de la façon dont il est produit. Plusieurs projets sont en cours pour réduire les coûts associés à la production d’hydrogène.

Il existe un certain nombre de façons de produire de l’hydrogène :

Réforme/gazéification du gaz naturel : le gaz de synthèse, un mélange d’hydrogène, de monoxyde de carbone et d’une petite quantité de dioxyde de carbone, est créé en réagissant au gaz naturel avec de la vapeur à haute température.

Le monoxyde de carbone réagit avec de l’eau pour produire de l’hydrogène supplémentaire. Cette méthode est la moins chère, la plus efficace et la plus courante. La réforme du gaz naturel à l’aide de vapeur représente la majorité de l’hydrogène produit aux États-Unis chaque année.

Un gaz de synthèse peut également être créé en réagissant au charbon ou à la biomasse avec de la vapeur et de l’oxygène à haute température dans un édificateur sous pression, qui est converti en composants gazeux, un processus appelé gazéification. Le gaz de synthèse qui en résulte contient de l’hydrogène et du monoxyde de carbone, qui est réagi avec de la vapeur pour séparer l’hydrogène.

Électrolyse : Un courant électrique divise l’eau en hydrogène et en oxygène. Si l’électricité est produite par des sources renouvelables, comme l’énergie solaire ou éolienne, l’hydrogène qui en résultera sera également considéré comme renouvelable et présente de nombreux avantages en matière d’émissions.

Les projets d’électricité à l’hydrogène décollent, où l’excès d’électricité renouvelable, lorsqu’il est disponible, est utilisé pour fabriquer de l’hydrogène par électrolyse. Réforme des liquides renouvelables : Les combustibles liquides renouvelables, comme l’éthanol, réagissent avec de la vapeur à haute température pour produire de l’hydrogène près du point d’utilisation final.

Fermentation : La biomasse est convertie en matières premières riches en sucre qui peuvent être fermentées pour produire de l’hydrogène. Un certain nombre de méthodes de production d’hydrogène sont en cours de développement :

Fractionnement de l’eau à haute température : Les températures élevées générées par les concentrateurs solaires ou les réacteurs nucléaires entraînent des réactions chimiques qui séparent l’eau pour produire de l’hydrogène.

Fractionnement de l’eau photo biologique : Les microbes, comme les algues vertes, consomment de l’eau en présence de la lumière du soleil, produisant de l’hydrogène comme sous-produit.

Fractionnement de l’eau photo électronique : Les systèmes photoélectriques produisent de l’hydrogène à partir de l’eau à l’aide de semi-conducteurs spéciaux et d’énergie provenant de la lumière du soleil.

Les principaux États producteurs d’hydrogène sont la Californie, la Louisiane et le Texas. Aujourd’hui, la quasi-totalité de l’hydrogène produit aux États-Unis est utilisée pour le raffinage du pétrole, le traitement des métaux, la production d’engrais et la transformation des aliments.

Le principal défi pour la production d’hydrogène est de réduire le coût des technologies de production afin de rendre le coût de l’hydrogène qui en résulte concurrentiel par rapport aux carburants de transport conventionnels. Les projets de recherche et développement du gouvernement et de l’industrie réduisent les couts ainsi que les impacts environnementaux des technologies de production d’hydrogène. En savoir plus sur la production d’hydrogène par le Bureau des technologies des piles à combustible.

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Distribution

La plupart de l’hydrogène utilisé aux États-Unis est produit à l’endroit où il est utilisé ou à proximité, généralement sur de grands sites industriels. L’infrastructure nécessaire à la distribution de l’hydrogène au réseau national de stations-service nécessaires à l’utilisation généralisée des véhicules électriques à pile à combustible doit encore être développée.

Le déploiement initial des véhicules et des gares vise à construire ces réseaux de distribution, principalement dans le sud et le nord de la Californie.

Actuellement, l’hydrogène est distribué par trois méthodes :

Pipeline : Cette façon la moins coûteuse de fournir de grands volumes d’hydrogène est limitée, car il n’y a qu’environ 1 600 milles de pipelines américains pour la livraison d’hydrogène actuellement disponible.

Ces pipelines sont situés près de grandes raffineries de pétrole et d’usines chimiques dans l’Illinois, la Californie et la côte du Golfe. Remorques à tube à haute pression : Le transport de gaz d’hydrogène comprimé par camion, wagon, navire ou barge dans des remorques à haute pression est coûteux et utilisé principalement pour des distances de 200 milles ou moins.

Pétroliers à hydrogène liquéfié : La liquéfaction cryogénique est un processus qui refroidit l’hydrogène à une température où il devient un liquide. Bien que le processus de liquéfaction soit coûteux, il permet de transporter l’hydrogène plus efficacement (par rapport à l’utilisation de remorques à tube à haute pression) sur de plus longues distances par camion, wagon, navire ou barge.

Si l’hydrogène liquéfié n’est pas utilisé à un taux suffisamment élevé au point de consommation, il s’échappe (ou s’évapore) de ses récipients de confinement. Ce fait exige que les taux de livraison et de consommation d’hydrogène soient soigneusement appariés.

La création d’une infrastructure pour la distribution et la livraison d’hydrogène à des milliers de futures stations de ravitaillement individuelles présente de nombreux défis. Étant donné que l’hydrogène contient moins d’énergie par volume unitaire que tous les autres combustibles, le transport, le stockage et la livraison au point d’utilisation de la fin sont plus coûteux par équivalent gallon d’essence (par GGE).

La construction d’un nouveau réseau de pipelines d’hydrogène entraîne des coûts d’investissement initiaux élevés, et les propriétés de l’hydrogène présentent des défis uniques pour les matériaux de pipeline et la conception du compresseur.

Cependant, parce que l’hydrogène peut être produit à partir d’une grande variété de ressources, la production régionale ou même locale d’hydrogène peut maximiser l’utilisation des ressources locales et minimiser les défis de distribution.

Il y a des compromis entre la production centralisée et la production distribuée à considérer. La production d’hydrogène de façon centrale dans les grandes usines réduit les coûts de production, mais augmente les coûts de distribution.

La production d’hydrogène au point d’utilisation final — dans les stations de ravitaillement, par exemple — réduit les coûts de distribution, mais augmente les coûts de production en raison du coût de construction des capacités de production sur place.

Les projets de recherche et développement du gouvernement et de l’industrie franchissent les obstacles à une distribution efficace de l’hydrogène. En savoir plus sur la distribution de l’hydrogène par le Bureau des technologies des piles à combustible.

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