Bien que l’hydrogène représente environ 75% de la masse de l’univers, le petit élément inoffensif 1 du tableau périodique n’était pas facile à découvrir.
En 1671, un chimiste irlandais du nom de Robert Boyle fut le premier à produire artificiellement ce gaz extrêmement léger et inflammable tout en expérimentant le fer et les acides. Mais ni lui ni plusieurs autres scientifiques, qui ont produit de l’hydrogène au cours des presque cent années suivantes, n’ont réalisé que le gaz était un élément distinct.
Puis, en 1766, le scientifique britannique Henry Cavendish a découvert que l’hydrogène était une « substance discrète », c’est-à-dire un élément qui lui est propre. Il a nommé le gaz « air inflammable » et a émis l’hypothèse qu’il était en fait identique à une substance hypothétique appelée « phlogiston », qui dérive du grec ancien et décrit un élément ressemblant à un feu libéré lors de la combustion. Cavendish, qui est généralement crédité de la découverte, a également découvert en 1781 que le gaz produisait de l’eau lorsqu’il était brûlé.
Mais l’hydrogène a reçu son nom actuel par un autre scientifique, le chimiste français Antoine Lavoisier. Il l’a dérivé du terme grec pour l’eau, hydro, et du mot gènes, qui signifie créateur, car l’hydrogène « crée de l’eau » lorsqu’il brûle.
Quelle est la couleur de l’hydrogène?
Le gaz est incolore, vous pourriez dire immédiatement, ce qui est vrai bien sûr. Mais comme l’hydrogène est présenté comme le Saint Graal de la transition énergétique verte, les scientifiques lui ont donné trois couleurs supplémentaires pour décrire d’où provient réellement le gaz.
Il existe de l' »hydrogène gris », qui est produit à l’aide de gaz naturel. Malheureusement pour Mère Nature, le procédé — largement utilisé dans l’industrie pétrochimique et des engrais — provoque d’importantes émissions de carbone. À l’échelle mondiale, l’hydrogène gris est responsable de près de 2 % des émissions mondiales.
Deuxièmement, et avec une empreinte écologique moindre, il y a « l’hydrogène bleu. »Il est également basé sur le gaz naturel, mais contient du CO2 provenant d’une nouvelle technologie appelée Capture et stockage du carbone (CSC), qui vise à capturer les émissions de carbone qui seraient normalement dans l’air et réchaufferaient l’atmosphère.
Et, enfin, nous avons « l’hydrogène vert », qui est le produit de l’électrolyse de l’eau à l’aide d’électricité renouvelable, avec des émissions nettes de carbone proches de zéro. Le grand avantage évident de l’hydrogène vert est qu’il peut absorber l’excès d’électricité lorsque l’offre d’énergie éolienne et solaire dépasse la demande. Cela fonctionnerait à des prix de l’électricité très bas et même négatifs, ce qui constituerait une excellente analyse de rentabilité pour la production lorsque de plus en plus d’énergies renouvelables seront mises en ligne.
La physique et la chimie derrière l’élément 1
L’hydrogène est considéré comme l’un des trois éléments produits dans le soi-disant Big Bang, les autres étant l’hélium et le lithium. C’est l’élément le plus abondant de l’univers, constituant 75% de la matière normale en masse et plus de 90% en nombre d’atomes. La vie ne peut exister sans hydrogène, car elle se trouve dans presque toutes les molécules des êtres vivants.
L’hydrogène est n ° 1 dans le tableau périodique, mais peut-il également être n ° 1 lorsqu’il s’agit de réduire la pollution de l’environnement?
Nous devons la majeure partie de l’énergie de notre planète à l’hydrogène, en raison des feux nucléaires du soleil qui convertissent l’hydrogène en hélium libérant des quantités massives d’énergie. La première expérience de réaction en chaîne de l’humanité a été réalisée en utilisant un mélange d’hydrogène gazeux et de chlore. En 1913, le chimiste allemand Max Bodenstein a déclenché la réaction en chaîne dans le mélange — des années avant la découverte de la première réaction en chaîne nucléaire.
L’hydrogène est l’atome le plus simple possible. Il n’a qu’un seul proton dans le noyau, qui est orbité par un seul électron. C’est le seul élément qui n’a pas de neutrons. L’hydrogène liquide a la densité la plus faible de tout liquide, tandis que l’hydrogène cristallin a la densité la plus faible de tout solide cristallin. Il réagit de manière explosive avec les éléments oxygène, chlore et fluor.
L’antihydrogène est le seul élément d’antimatière fabriqué jusqu’à présent. Des scientifiques de l’accélérateur de particules du CERN en Suisse ont synthétisé des atomes d’antihydrogène pendant 17 minutes, découvrant que chaque atome d’antihydrogène contient un positron (version chargée positivement de l’électron) en orbite autour d’un antiproton (version chargée négativement du proton).
L’Allemagne se tourne vers l’énergie hydrogène propre pour atteindre ses objectifs verts
Incroyablement polyvalent
Dans l’industrie pétrochimique, de grandes quantités d’hydrogène sont utilisées dans la valorisation des combustibles fossiles, en particulier dans un processus appelé hydrodésulfuration utilisé pour séparer le soufre dans les combustibles.
De plus, il existe un processus appelé hydrogénation qui signifie que de l’hydrogène est ajouté à diverses substances pour convertir, par exemple, les graisses et les huiles insaturées contenues dans les margarines en graisses saturées. Lorsqu’il est combiné avec de l’azote, l’hydrogène est utilisé pour fabriquer de l’ammoniac pour les engrais, et le gaz polyvalent peut même réduire les minerais en métaux.
En raison de ses nombreuses propriétés favorables, notamment sa faible densité et sa viscosité ainsi que la conductivité thermique spécifique la plus élevée de tous les gaz, l’hydrogène est un liquide de refroidissement parfait dans les générateurs de centrales électriques.
Dans l’industrie des semi-conducteurs, l’hydrogène est utilisé pour saturer des liaisons dites brisées ou « pendantes » de silicium amorphe et de carbone amorphe qui aident à stabiliser les propriétés des matériaux.
Ne pas oublier l’hydrogène comme source d’énergie. Les experts s’accordent à dire que nous sommes encore loin d’utiliser le gaz à cette fin, car il ne peut jouer un rôle que dans le contexte hypothétique de la production d’énergie par fusion nucléaire commerciale, une technologie actuellement loin d’être mise en œuvre. L’énergie du soleil provient également de la fusion nucléaire de l’hydrogène, mais ce processus a été difficile à réaliser de manière contrôlée sur Terre jusqu’à présent.
Un rôle dans l’avenir post-carbone ?
Malheureusement, la production d’hydrogène élémentaire nécessite plus d’énergie que celle obtenue en le brûlant. De plus, la densité d’énergie par unité de volume est nettement inférieure à celle des combustibles fossiles traditionnels.
Mais dans le contexte des efforts mondiaux visant à atténuer le changement climatique, « l’hydrogène vert » est largement discuté comme un vecteur futur possible d’énergie qui pourrait réduire les émissions de gaz à effet de serre.
Dans les transports, les piles à combustible, qui convertissent directement l’hydrogène et l’oxygène en électricité, pourraient remplacer le moteur à combustion et même compenser la plupart des inconvénients des voitures à batterie comme l’autonomie et les temps de recharge. Pour les camions lourds, la technologie semble être la seule alternative à faible émission de carbone commercialement viable aux carburants traditionnels, également dans le transport ferroviaire.
L’hydrogène vert peut également être stocké, distribué et utilisé comme matière première pour l’énergie stationnaire et les secteurs industriels et manufacturiers tels que la sidérurgie.
Mais bien qu’il soit un vecteur énergétique prometteur dans un système énergétique à faible émission de carbone, l’hydrogène vert est toujours confronté à d’importants défis techniques et commerciaux. Ses inconvénients, tels qu’une faible efficacité énergétique et d’énormes besoins en infrastructures, pourraient être écrasants en dehors de quelques utilisations principales.