On nous dit constamment que notre planète est en crise; Pour le sauver, nous devons changer notre mode de vie actuel. À l’heure où le problème climatique mondial devient de plus en plus important, l’hydrogène est devenu la clé pour faire face à divers problèmes environnementaux et à la transformation énergétique, et les attentes sont de plus en plus élevées.
Le 23 mars 2022, la Commission nationale du développement et de la réforme et l’administration nationale de l’énergie ont publié conjointement le plan à moyen et à long terme pour le développement de l’industrie de l’hydrogène (2021 – 2035). Le plan définit les attributs énergétiques de l’hydrogène et le positionne comme un élément important du futur système énergétique national. Il met pleinement à profit les caractéristiques propres et à faible intensité de carbone de l’énergie de l’hydrogène pour promouvoir la transformation verte et à faible intensité de carbone des terminaux consommateurs d’énergie tels que les transports et l’industrie, ainsi que des industries à forte consommation d’énergie et à forte émission de carbone.
Du transport et des infrastructures au chauffage et à l’électricité, l’hydrogène peut remplacer l’énergie fossile, stimuler la croissance économique et encourager une action mondiale contre le changement climatique. Il peut également résoudre les problèmes les plus épineux des énergies renouvelables d’aujourd’hui, tels que le transport, le stockage et la vulnérabilité aux changements climatiques de l’énergie éolienne et Cecep Solar Energy Co.Ltd(000591)
Le 15 juin, le séminaire sur le développement de l’industrie de l’hydrogène dans le contexte du « double carbone » et la Conférence de presse sur la « révolution de l’hydrogène » ont eu lieu au Centre des médias financiers de la presse de l’industrie mécanique. Peng su Ping, académicien de l’Académie chinoise d’ingénierie et membre du Comité directeur stratégique de l’Alliance chinoise de l’hydrogène, Mao zongqiang, professeur à l’Université Tsinghua et Vice – Président de l’Association internationale de l’hydrogène, Zhao Yongqiang, Directeur du Centre des énergies renouvelables de l’Institut de recherche sur l’énergie de la Commission nationale du développement et de la réforme, Peng ningke, Directeur et Vice – Président principal de Snam China, He guangli, Directeur de l’énergie de l’hydrogène de l’Institut de recherche sur l’énergie propre à Ensemble, nous avons apporté une merveilleuse popularisation de la science de l’énergie de l’hydrogène à tout le monde. La stratégie de développement et le déploiement de l’industrie de l’énergie de l’hydrogène en Chine, la sécurité de l’énergie de l’hydrogène, les scénarios d’application future de l’énergie de l’hydrogène et la façon dont l’énergie de l’hydrogène peut conduire à une révolution énergétique ont été discutés en profondeur.
Les problèmes climatiques posent de graves défis à la structure énergétique relativement complexe de la Chine. L’hydrogène rend l’énergie à haute teneur en carbone et à faible teneur en carbone, s’intègre au système énergétique chinois et rend l’énergie renouvelable à grande échelle en Chine. Par conséquent, M. Peng estime que la position de l’hydrogène dans le système énergétique chinois est passée d’un « complément important » à une « composante importante ». Alors pourquoi tout le monde accorde – t – il de l’importance à l’énergie de l’hydrogène aujourd’hui? Zhao Yongqiang, de l’Institut de recherche sur l’énergie de la Commission nationale du développement et de la réforme, estime que, premièrement, il peut faire face au changement climatique et, deuxièmement, il peut nous aider à proposer des solutions globales à long terme pour un développement énergétique à faible intensité de carbone; Troisièmement, il offre une flexibilité pour différents systèmes énergétiques.
Dans son livre the Hydrogen Energy Revolution: A Blueprint for the Future of Clean Energy, l’auteur du livre, Marco alvira, qui a plus de 20 ans d’expérience dans le secteur de l’énergie, présente une vision claire et stimulante de l’avenir de l’hydrogène, montrant pourquoi l’hydrogène peut faire face au changement climatique et devenir un carburant idéal pour l’avenir.
Voici un extrait de la révolution de l’hydrogène: un plan pour l’avenir de l’énergie propre, sous – titre ajouté par l’éditeur, qui n’est pas la propriété originale. A été publié avec l’autorisation de la presse.
Même aujourd’hui, l’hydrogène domine l’univers
L’histoire de l’hydrogène remonte à 13,8 milliards d’années, lorsque l’univers est né à des températures extrêmement élevées. Au cours des 380000 premières années, l’espace était rempli de particules chaudes appelées plasmas, composées d’électrons libres, de protons et de quelques noyaux plus lourds (une combinaison de protons et de neutrons). Lentement, la température chute jusqu’à ce que les électrons se lient aux protons pour former des atomes d’hydrogène. Plus d’hydrogène est produit à partir de ce four primitif que n’importe quel autre élément, qui domine encore l’univers aujourd’hui.
L’hydrogène est la composante principale des étoiles, et une partie de l’hydrogène est dispersée entre les étoiles sous forme de couches de brume. Parfois, dans un grand nuage de gaz interstellaire, l’hydrogène apparaît sous une forme que nous connaissons bien: une molécule d’hydrogène (H2) composée de deux atomes d’hydrogène.
L’atome d’hydrogène est l’atome le plus simple, avec un seul électron autour d’un proton. Cette structure simple est la source de toutes les propriétés merveilleuses et gênantes de l’atome d’hydrogène. Le potentiel de l’hydrogène en tant que “connecteur d’énergie” est apparu bien avant que nous ne sachions son origine ou sa nature intrinsèque.
Notre connaissance de l’hydrogène a commencé avec les expériences du Chimiste suisse theophilastus bombastus von Hohenheim au XVIe siècle. Il est très bon à l’auto – promotion, et le mot bombastique vient de son nom. Il est plus connu sous son pseudonyme Paracelsus. Il a découvert que le fer pouvait se dissoudre dans l’acide sulfurique et libérer un gaz mystérieux. Plus tard, Théodore turquet de mayerne répéta l’expérience et découvrit que ce gaz mystérieux pouvait brûler.
En 1766, Henry Cavendish recueillit le gaz dans un laboratoire privé à Londres, en utilisant un processus de réaction similaire, sauf qu’il utilisait de l’acide chlorhydrique et du zinc. Pendant un certain temps, il a été obsédé par l’allumage de ces gaz et a trouvé ça amusant. Mais il note aussi que la combustion de ce gaz produit un sous – produit inattendu: l’eau. En 1781, il avance une conclusion maintenant bien connue: l’eau n’est pas un élément, mais un composé de deux éléments. Le chimiste français Antoine Lavoisier a donné à ces éléments leur nom actuel – l’hydrogène et l’oxygène, où l’hydrogène signifie « élément formant de l’eau », ce qui a ouvert l’ère de la chimie moderne. Malheureusement, la mort du génie scientifique Lavoisier dans la Révolution française a été une grande perte dans l’histoire de la science moderne.
Maintenant, nous avons une meilleure compréhension de l’hydrogène: le seul électron de l’hydrogène est facilement piégé par d’autres éléments pour former de nouvelles substances, comme l’eau. Dans les expériences de combustion qui ont excité Cavendish, les atomes d’hydrogène se combinent avec les atomes d’oxygène pour former de l’eau tout en libérant beaucoup d’énergie.
De Meyer, Cavendish et lavassin sont tous attirés par l’inflammabilité de l’hydrogène, ce qui suggère un énorme potentiel énergétique pour l’hydrogène. Lavassin et Pierre – Simon Laplace ont mesuré l’énergie libérée par l’hydrogène lorsqu’il est allumé, ce qui est confirmé. Leurs résultats expérimentaux ont dépassé les attentes. Il s’est avéré que l’énergie libérée par la combustion d’un kilogramme d’hydrogène était suffisante pour qu’une voiture moyenne parcoure 90 kilomètres ou pour chauffer une maison moyenne pendant deux jours.
Bientôt, la relation étroite entre l’hydrogène et l’électricité, qui est au cœur de la vision d’un avenir vert d’aujourd’hui, est apparue. Un dimanche de 1792, au bord du lac de Côme, l’inventeur Alessandro Volta a produit un courant électrique en séparant deux plaques métalliques d’éléments différents avec du papier ou un tissu imprégné de saumure. L’appareil, appelé pile volt plus tard, est la première batterie. Six semaines seulement après la publication des résultats par Volt, deux scientifiques britanniques, William Nicholson et Anthony Carlisle, ont également effectué des expériences qui, bien que peu rapportées dans les livres d’histoire, sont importantes.
En 1800, le couple a commencé à améliorer la conception de la volt en connectant les fils des deux côtés de la pile Volt, puis en les immergeant dans un contenant contenant d’eau. Des bulles d’air apparaissent près des fils sous – marins, ce qui indique que le courant électrique décompose l’eau en gaz associé. En fait, ils ont inventé des électrolyseurs qui nous ont permis de produire de l’hydrogène à partir de sources d’énergie renouvelables.
La première explication vraiment fiable de l’électrolyse vient du chimiste allemand Johann Wilhelm Ritter, qui, en tant que scientifique indépendant et actif, a des liens étroits avec Goethe et Alexander von Humboldt.
Ritter a simplifié l’expérience précédente en prenant un récipient rempli d’eau et en immergeant deux bandes métalliques de matériaux différents dans l’eau. Connectez la partie sèche de la bande métallique à la batterie et faites les deux électrodes. La tension de la batterie provoque une réaction chimique à chaque électrode. À la cathode, les molécules d’eau se décomposent, produisant de l’oxygène (O2) et libérant des protons et des électrons (E -). Les électrons sont aspirés par la cathode et les molécules d’oxygène forment de l’oxygène. Alors que les protons sont libres dans le liquide, ils obtiennent des électrons à l’électrode négative et forment de l’hydrogène (H2). Ensuite, Ritter renverse deux récipients en verre remplis d’eau sur chaque électrode et observe la formation de bulles d’air sur chaque électrode. Le gaz s’écoule graduellement de l’eau dans le récipient et le remplit.
De nombreuses cellules ont un élément important, le diaphragme. Mais Ritter pensait qu’il n’en avait pas besoin ou qu’il ne s’y attendait pas. Le diaphragme n’interrompt pas le courant qui traverse l’eau, mais il empêche les bulles d’oxygène et d’hydrogène de se rencontrer et de réagir, ou d’exploser.
Il convient également de noter que l’eau pure n’est pas très conductrice. Par conséquent, nous devons ajouter un autre produit chimique comme électrolyte pour l’électrolyse – le sel ou une petite quantité d’acide sulfurique peut être utilisé pour accélérer l’électrolyse. Peu de temps après que Nicholson et Carlyle ont inventé l’électrolyseur, quelqu’un a essayé de l’utiliser pour une réaction inverse. L’idée était que l’électrolyseur, à son tour, devrait pouvoir réagir, c’est – à – dire nos piles à combustible actuelles. L’atome d’hydrogène entre dans l’anode et perd des électrons à cause de la réaction chimique. Les protons chargés positivement passent à travers le film jusqu’à la cathode, et les électrons chargés négativement rencontrent les protons par le circuit. Enfin, les électrons se lient aux protons et à l’oxygène de l’air pour produire des sous – produits des piles à combustible: l’eau et la chaleur.
Les premiers inventeurs de piles à combustible ont été Christian Friedrich schnbein, Chimiste suisse d’origine allemande, et Sir William Grove, juge gallois, qui ont fait la même contribution et ont tous deux fait les mêmes découvertes par des expériences similaires. La deuxième batterie de Grove, inventée en 1839, est un précurseur des piles à combustible modernes. Il a immergé une extrémité des deux électrodes de platine dans un récipient contenant une solution d’acide sulfurique et l’autre extrémité dans un récipient séparé, l’une contenant de l’oxygène et l’autre de l’hydrogène. Le courant coule ensuite immédiatement entre les deux électrodes.
Avec cette invention, l’hydrogène est immédiatement devenu le carburant du futur, comme l’ont écrit de nombreux auteurs. Dans le roman “The Mysterious Island” de 1874, Jules Verne imagine: “un jour, l’eau pourra être électrolysée en hydrogène et en oxygène et utilisée comme combustible, et l’hydrogène et l’oxygène qui composent l’eau… Deviendront une source d’énergie sans fin pour le chauffage et l’éclairage.”
Peu après, un rêveur tente de réaliser la vision de Jules Verne. Paul la Cour était un inventeur danois dans les années 1870, travaillant dans le télégraphe, avant de se tourner vers l’éducation. En dépit de l’essor de l’industrie lourde et de l’expansion urbaine, il a accordé une attention particulière aux jeunes qui ont grandi dans les zones rurales. La Cour estime que, pour survivre, il faut promouvoir la modernisation des zones rurales. Pour ce faire, les agriculteurs doivent avoir accès à deux types de droits dont ils peuvent jouir pleinement dans les villes: l’éducation et une énergie suffisante. La Cour a pris des mesures pour répondre aux deux besoins en même temps. Il a formé un groupe d’ingénieurs ruraux locaux grâce à son travail éducatif et à des moyens politiques positifs. Il veut que les campagnes danoises soient indépendantes des villes et autonomes.
La Cour s’intéresse d’abord à l’énergie éolienne. Avec la révolution industrielle qui balaye l’Europe, le Danemark a besoin d’une source d’énergie fiable s’il veut concurrencer ses voisins. Le pays manque de charbon, mais il y a beaucoup d’énergie éolienne. Les néerlandais se sont intéressés très tôt à l’énergie éolienne avec beaucoup de prévoyance. Ils ont essayé de produire de l’électricité à partir de moulins à vent, mais tous sont morts à cause des deux problèmes suivants. Premièrement, les éoliennes néerlandaises traditionnelles sont désespérément inefficaces et personne ne sait comment les améliorer. Deuxièmement, l’électricité doit être utilisée immédiatement après sa production. Dès que le vent s’arrête, l’électricité s’éteint. Les gens avaient besoin d’un moyen de stocker l’électricité, mais à l’époque, les piles étaient incroyablement chères.
La Cour a réfléchi à ces deux questions à plusieurs reprises. Il a redessiné le moulin à vent classique en utilisant de nouvelles voiles pour produire de l’électricité à partir de générateurs. Pour résoudre le deuxième problème, à savoir comment stocker l’énergie électrique produite par les moulins à vent, la Cour a transformé un ancien moulin à eau près de la ville danoise d’ascowu en moulin à vent et a utilisé l’énergie électrique produite pour produire de l’hydrogène par électrolyse de l’eau. En collaboration avec le physicien italien Pompeo garuti, la Cour a injecté de l’hydrogène et de l’oxygène dans le réservoir et l’a utilisé directement comme carburant. Ce n’est pas un petit progrès, donc la production d’hydrogène a atteint 1000 litres par heure.
De 1895 à 1902, le moulin à vent de la Cour a continué d’alimenter l’école supérieure populaire d’ascovi, où il enseignait, et l’ascovi n’a jamais eu de panne d’électricité en raison de 12 mètres cubes d’hydrogène stockés dans des réservoirs d’hydrogène. En 1902, le moulin à vent d’ascowu devint le prototype d’une centrale électrique desservant tout le village et n’a été remplacé par des batteries et des moteurs à essence qu’en 1958.
Ainsi, il y a plus d’un siècle, les gens ont prouvé la puissance de l’hydrogène. Nous savions alors qu’un kilogramme d’hydrogène pouvait contenir une telle quantité d’énergie. Nous avons déjà les outils de base pour convertir l’électricité inactive en hydrogène si nécessaire. Mais pourquoi l’hydrogène n’a – t – il pas été largement utilisé dans un village danois en 1902?
Il y a deux raisons à cela. Premièrement, la faible densité d’hydrogène rend le transport très difficile. Deuxièmement, il est difficile de séparer l’hydrogène des autres éléments de la Terre par rapport aux combustibles fossiles, qui sont faciles à extraire et riches en réserves.
l’hydrogène n’a jamais été en mesure de concurrencer les combustibles fossiles riches et bon marché
En poids, un mètre cube d’hydrogène n’est que de 89 grammes et, en termes d’espace de stockage, le volume d’hydrogène contenant la même énergie est 3 000 fois plus élevé que celui de l’essence. Il est si difficile d’obtenir de l’hydrogène que, pendant plus d’un siècle, nous avons choisi d’ignorer son potentiel énergétique et de nous concentrer sur l’utilisation de ses propriétés « légères ».
À l’été 1783, les frères Montgolfier s’envolèrent dans leur premier ballon à air chaud. À cette époque, personne ne savait pourquoi leurs ballons pouvaient voler dans le ciel. Les frères mengelfi croient que la fumée provenant de la combustion du foin humide a aidé le ballon à décoller. Les frères sont des inventeurs de génie, mais pas des scientifiques.
Lavassin, comme le reste de sa génération, était fasciné par les ballons. Il savait que l’hydrogène était beaucoup plus léger que l’air chaud, alors il a écrit sur le papier l’idée que les ballons étaient transportés par de l’hydrogène très léger. Nickelson et Carlisle n’avaient pas encore inventé l’électrolyseur, alors Lavoisier devait trouver un moyen de décomposer l’eau.
Au cours de l’hiver 1783 – 1784, il trouva enfin un moyen. En collaboration avec l’officier de l’armée Jean – Baptiste meusnier, lavassien a étudié comment la vapeur pouvait produire de l’hydrogène à travers les barils enflammés des canons en fer.
Jean – François pilatre de Rozier est professeur de physique et de chimie. Quand il a découvert qu’il y avait un problème avec l’hydrogène, il volait déjà avec les frères Mengfei. Le contrôle de la hauteur du ballon était essentiel, mais il n’a pas été sérieusement résolu à l’époque. Drozier a eu l’idée d’utiliser un ballon combiné: la couche externe d’hydrogène fournit la plus grande partie de la portance, tandis que la couche interne d’air chaud contrôle l’altitude du vol.
Le 15 juin 1785, de rozière et son compagnon Pierre romain, de Boulogne – sur – mer, tentèrent de survoler la Manche. Ils sont convaincus que leur conception révolutionnera le ballon. Environ une demi – heure plus tard, le ballon a été ramené sur la rive. Au lieu de cela, il y avait une « expression de panique » sur leurs visages, essayant désespérément de fermer la clôture de fer sur le bassin de feu au milieu du panier, mais il était trop tard. “La matière combustible à l’intérieur de la boule extérieure remplit rapidement le reste de l’espace à l’intérieur du sac gonflable, coule le long du tube du cou du ballon et atteint rapidement le bassin de feu en dessous, et le ballon à air chaud explose.”
L’explosion était si puissante que la conception du ballon à deux étages a été mise en veilleuse. Ce n’est qu’après la découverte d’un gaz inerte tout aussi léger que l’air, l’hélium, que l’exploration des ballons à air chaud a repris. Malgré l’explosion, les gens n’ont pas abandonné l’hydrogène. Oui, l’hydrogène est combustible, mais alors quoi? Les ballons à air chaud qui s’appuient sur la paille qui brûle dans le feu au – dessus des paniers en osier sont tout aussi dangereux. Ainsi, pendant plus de 150 ans, les inventeurs et les pionniers ont insisté pour utiliser l’hydrogène, un gaz explosif, comme aide à la flottabilité.
L’officier allemand à la retraite Ferdinand von Zeppelin quitta l’armée en 1891 et commença à construire un avion. Il a une structure en acier remplie d’hydrogène à l’intérieur et est appelé Zeppelin. Dans le carnet du comte Ferdinand, le rôle initial du Zeppelin était de transporter le courrier. Pendant la Première Guerre mondiale, les dirigeables transportaient 2 tonnes de bombes et volaient à 137 km / h, ce qui a provoqué une grande panique en Europe occidentale. Les dirigeables ne sont pas faciles à abattre. L’hydrogène est léger et se dissipe très rapidement. Donc, même si une balle ordinaire peut percer le coussin gonflable d’un Zeppelin, il n’y a aucune chance qu’elle allume l’hydrogène. Pour contrer la menace aérienne, la Grande – Bretagne a dû mettre au point des munitions explosives spéciales.
Le Zeppelin a été utilisé pour l’exploration polaire et la navigation mondiale pendant la période de paix d’après – guerre. L’Hindenburg (LZ – 129) et sa sœur, le comte de Zeppelin II (LZ – 130), ont ouvert la voie à des voyages aériens commerciaux réguliers entre les deux rives du détroit. La sécurité est leur plus grand point de vente: le zeppelin a parcouru plus de 1,6 million de kilomètres sans tuer personne, un record qu’aucun avion ne pouvait égaler à l’époque. Mais par mauvais temps, les dirigeables sont impuissants et les accidents liés aux conditions météorologiques continuent d’augmenter. Le 6 mai 1937, alors que l’Hindenburg se préparait à atterrir au mât d’amarrage de la station navale aérienne de lakehurst, dans le New Jersey, aux États – Unis, un incendie s’est déclaré et s’est écrasé au sol. Sur les 97 personnes qui se trouvaient à bord du dirigeable, 33 sont mortes en sautant ou en tombant du dirigeable, 2 sont mortes en brûlant du tissu et du diesel et 1 membre de l’équipe au sol a été tué par un moteur.
La question de savoir si l’explosion a été causée par l’hydrogène reste controversée, mais elle n’a pas d’importance dans une certaine mesure, car l’Hindenburg s’est effectivement écrasé. Cette scène d’horreur a ensuite été recréée dans d’innombrables films, avec des émissions de radio étonnantes en direct, mettant fin à l’ère des dirigeables comme outils habités pour les vols intercontinentaux. Cette tragédie a également permis d’établir un lien entre l’hydrogène et l’enfer ardent, une perception largement infondée du danger.
L’utilisation de l’hydrogène pour le vol en ballon s’est finalement avérée un virage infructueux. Le principal point de vente de l’hydrogène est son énorme potentiel énergétique, et non son poids léger. Cependant, il nous a fallu beaucoup de temps pour y revenir, principalement parce que l’hydrogène n’a pas été en mesure de concurrencer les combustibles fossiles riches et bon marché.
