L'hydrogène, une solution d'avenir pour le stockage de l'électricité ? - Grand oral de Physique-Chimie

Thèmes abordés

Grand oral, hydrogène, stockage de l'électricité, production d'électricité, énergie fossile, énergie renouvelable, dihydrogène décarboné, écologie, oxydoréduction, électrolyse, pile à combustible

Résumé du document

En France, environ 500 TWh d'électricité est produite chaque année. Ce qui permet à la France d'être à peu près autonome en électricité. Or lorsqu'on produit de l'électricité, celle-ci doit être consommée directement, car aujourd'hui, il est difficile de stocker cette énergie en masse sur le long terme et les offres de stockages existantes ne sont pas assez abordables. En plein contexte de transition énergétique, nous observons de plus en plus d'électricité renouvelable dans le mix énergétique de tous les pays du monde. Grâce à leur coût bas, les énergies renouvelables chassent progressivement les énergies fossiles du marché. Malheureusement, ces méthodes de production sont pour la plupart dépendantes d'éléments naturels et ne peuvent donc pas être pilotées en fonction de la consommation. Il est donc nécessaire de pouvoir stocker le surplus d'électricité quand la production est supérieure à la consommation.

Extraits

[...] L'hydrogène, une solution d'avenir pour le stockage de l'électricité ? - Grand oral de Physique-Chimie En France, environ 500 TWh d'électricité est produite chaque année. Ce qui permet à la France d'être à peu près autonome en électricité. Or lorsqu'on produit de l'électricité, celle-ci doit être consommée directement car aujourd'hui il est difficile de stocker cette énergie en masse sur le long terme et les offres de stockages existantes ne sont pas assez abordables. En plein contexte de transition énergétique, nous observons de plus en plus d'électricité renouvelables dans le mix énergétique de tous les pays du monde. [...]

[...] Cette transformation étant réversible, on peut donc théoriquement utiliser le dihydrogène pour stocker de l'électricité. Grâce à un électrolyseur, il est possible de transformer de l'eau en dihydrogène. Un courant électrique traverse une cuve d'eau, sous l'effet de ce courant la molécule d'eau se décompose en dihydrogène et dioxygène sous forme de gaz. D'où l'équation : 2H2O(l)-->O2(g)+2H2(g) Le stockage Le dihydrogène a une particularité qui n'est pas négligeable : ce gaz ultra léger occupe un volume d'espace beaucoup plus important que les autres gaz pour une masse identique lorsqu'il est soumis à la simple pression atmosphérique. [...]

[...] Cela signifie que, pour produire de l'électricité, le dihydrogène va réagir avec le dioxygène de l'air et cela va seulement former de l'eau. Bilan En conclusion, l'hydrogène semble donc être idéale mais ce procédé connaît des limites : Premièrement, chaque étape du processus, c'est-à -dire l'électrolyse, la compression et la pile à combustible, connaissent des pertes. En additionnant chaque rendement, un rendement moyen de la chaîne du dihydrogène est de 23%. Or, le monde de la recherche est mobilisé pour améliorer significativement ce rendement sur chaque étape. [...]

[...] Mais les étapes de la chaîne demandent de l'énergie et cette énergie n'est pas forcément "propre" ; néanmoins le dihydrogène décarboné reste largement plus écologique que l'utilisation d'énergies fossiles. Toutes ces contraintes font qu'aujourd'hui l'utilisation du dihydrogène n'est pas encore développée. Mais cette énergie à un réel potentiel pour devenir une solution d'avenir pour le stockage de l'électricité. D'ailleurs certains États mettent en place des politiques de financement dans le but de développer ces technologies. La France a d'ailleurs alloué un budget de 7 milliards d'euros pour accélérer le développement du dihydrogène. [...]

[...] C'est pour cela que la manière la plus répandue pour stocker du dihydrogène est de le stocker sous haute pression. Pile à combustible Lorsque le besoin s'en fait, il faut maintenant transformer ce dihydrogène en électricité. Pour cela il faut utiliser une pile à combustible ou pile à hydrogène. La pile à combustible fonctionne sur le mécanisme de l'oxydoréduction. Elle comporte deux électrodes : une anode oxydante et une cathode réductrice, séparées d'un électrolyte central de solution d'ion hydronium 𝐻[+]. La demi réaction d'oxydation est 𝐻2 =2𝐻[+]+2𝑒[−] et la demi réaction de réduction est 𝑂2+4𝐻2+4𝑒− =2𝐻2𝑂. [...]