Énergie
Comment l’IA pourrait accélérer la production d’hydrogène vert
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L’hydrogène vert est la clé manquante d’un avenir sans combustibles fossiles. La raison en est que l’électricité seule ne peut pas décarboniser complètement les industries qui dépendent des carburants et des matières premières chimiques. Cela inclut d’énormes secteurs de l’économie, comme le transport lourd, le transport maritime, les voyages aériens, la production de produits chimiques, la sidérurgie et autres métallurgies, l’exploitation minière, etc.
Pour toutes ces activités, l’hydrogène vert, directement ou transformé en ammoniaque ou en carburants renouvelables, peut aider à alimenter les activités qui nécessitent un carburant liquide, mais sans dépendre des ressources de combustibles fossiles.
Le potentiel de cette technologie a récemment été analysé dans une étude menée par des chercheurs de l’Université McGill (Canada) et de l’Indian Institute of Science Education and Research (IISER) Bhopal (Inde). Dans celle‑ci, ils discutent des différentes sources possibles d’hydrogène vert, ainsi que des méthodes électrochimiques pouvant être utilisées pour créer des carburants liquides durables et d’autres produits hydrocarbonés.
Ils ont publié leurs résultats dans Renewable and Sustainable Energy Reviews1, sous le titre “Electrochemical energy technologies: Current progress and future opportunities for sustainable energy transitions”.
Pourquoi les carburants gazeux et liquides sont importants
La raison principale de la poursuite de la décarbonisation est le changement climatique, alimenté par la hausse des émissions de gaz à effet de serre, dont le plus important est le CO₂, suivi du méthane (CH₄).
« Ne pas inverser le changement climatique négatif entraîne des risques liés à l’instabilité économique, aux événements météorologiques extrêmes et aux inégalités sociales croissantes »
En conséquence, réformer notre système énergétique basé sur les combustibles fossiles est crucial. Malheureusement, cela est loin d’être accompli, même avec la récente montée des énergies renouvelables, qui n’a surtout affecté que la production d’électricité. Mais la majeure partie de la consommation d’énergie primaire de l’humanité n’utilise pas l’électricité. Cette consommation d’énergie est plutôt destinée au chauffage, à la production industrielle, au transport maritime, à l’aviation, au transport routier, etc. Ainsi, la grande majorité des sources d’énergie restent les combustibles fossiles, le charbon, le pétrole et le gaz représentant plus de 80 % des sources d’énergie mondiales.
Source IEA
Décarboniser ces activités peut être difficile pour plusieurs raisons :
- Les systèmes existants ne peuvent pas fonctionner à l’électricité, et il faudra au mieux plusieurs décennies pour remplacer la flotte actuelle de camions, navires, avions, usines, fonderies, etc., par des alternatives électrifiées.
- Beaucoup de ces systèmes n’ont tout simplement pas d’alternative électrique au carburant liquide et à la combustion tout en conservant une efficacité suffisante.
- Les alternatives de carburants verts ont jusqu’à présent été trop coûteuses pour concurrencer économiquement les combustibles fossiles.
Il existe donc un besoin d’hydrocarbures verts, des molécules composées principalement de carbone et d’hydrogène, chimiquement identiques aux combustibles fossiles, permettant aux installations énergétiques, logistiques et industrielles existantes d’être décarbonées sans devoir électrifier rapidement, tâche qui, selon les cas, peut être très difficile (transport routier, chauffage) voire impossible (transport aérien).
Passer à un système énergétique durable
L’importance de l’hydrogène vert
L’hydrogène est un élément abondant, notamment sous forme d’eau (H₂O), mais il ne se trouve pas sous forme pure (H₂) dans la nature. Ainsi, pour être utilisé dans la production d’hydrogène vert, il doit d’abord être produit, ce qui consomme de l’énergie.
Pour que l’hydrogène contribue de manière significative à la décarbonisation, sa production doit également présenter une faible empreinte carbone. L’électrolyse alimentée par de l’électricité renouvelable est la voie la plus connue, tandis que des techniques émergentes pourraient également extraire l’hydrogène de molécules dérivées de la biomasse à des tensions nettement plus faibles.
Lorsque l’électricité est utilisée pour produire de l’hydrogène afin de fabriquer des hydrocarbures verts utiles, ces méthodes sont généralement appelées « Power‑to‑X », où le « X » peut être remplacé par du gaz, du pétrole ou tout autre produit chimique, la conversion électrochimique transformant l’hydrogène pur et le CO₂ ou une autre source de carbone en produits utiles, faciles à utiliser et à stocker.
Un avantage supplémentaire de la conversion de l’hydrogène en d’autres composés est que l’hydrogène est notoirement difficile à stocker et à transporter. Le méthane ou les carburants liquides sont, en comparaison, beaucoup plus simples.
Enfin, le caractère intermittent de la production d’électricité renouvelable signifie que, parfois, la production d’énergie dépasse la demande, et la production d’hydrogène peut absorber ce surplus qui est aujourd’hui majoritairement gaspillé.
« Le méthanol produit par réduction électrochimique du dioxyde de carbone peut être un vecteur d’énergie écologique avec une densité énergétique supérieure à celle de l’hydrogène, réduisant les coûts et les défis tels que le stockage et le transport. Le méthane peut être produit par réduction électrochimique du dioxyde de carbone et stocké dans les pipelines de gaz naturel existants »
Les multiples voies vers des carburants durables
L’étude identifie pas moins de 16 produits chimiques à valeur ajoutée pouvant être fabriqués grâce à l’hydrogène vert, tels que le monoxyde de carbone (principal composant du gaz de synthèse), l’acide formique, le méthanol, le méthane, l’éthanol, l’éthylène et le propanol. Dans de nombreux cas, il s’agit d’un processus à plusieurs étapes avec des produits intermédiaires chimiques tout aussi utiles.
Une autre possibilité pour l’hydrogène vert provenant d’un électrolyseur est l’hydrogène produit à partir de la biomasse. Au départ, certaines stratégies utilisant la décomposition bactérienne ont été explorées, mais les rendements se sont avérés trop faibles.
Une nouvelle technologie prometteuse est la génération anodique d’hydrogène directement à partir de molécules plateformes de la biomasse. Cela peut être réalisé à une tension nettement plus basse que les techniques habituelles basées sur les réactions d’évolution de l’oxygène (OER).
Les catalyseurs à base de cuivre sont majoritairement utilisés pour cette méthode, mais ils nécessitent encore des améliorations afin d’éviter la désactivation du catalyseur. L’ajout d’autres métaux ou éléments, ou l’incorporation de nanostructures avancées dans le cuivre massif peut améliorer radicalement les performances.
IA, électrolyseurs et hydrogène
Les électrolyseurs, qui décomposent l’eau en hydrogène ou transforment la biomasse en composés plus utiles, constituent un domaine prometteur pour la production d’énergie verte et d’hydrogène.
À ce jour, l’amélioration des catalyseurs pour ce processus a surtout été obtenue en testant de nombreuses nouvelles combinaisons d’éléments différents, de types de catalyseurs, de nanostructures et de transferts de charge. Cela crée toutefois un nombre presque infini de combinaisons, sans modèle mathématique simple pour prédire le comportement d’un nouveau design de catalyseur dans le monde réel.
L’IA pourrait aider à résoudre ce problème, comme elle est déjà utilisée de cette façon dans d’autres domaines de l’énergie verte. Par exemple, dans le développement de dispositifs photovoltaïques, l’IA a été employée pour prédire les bandes interdites correctes et les énergies de défauts dans les matériaux optoélectroniques, ce qui accélère la découverte de nouveaux matériaux.
De même, l’IA a réussi à découvrir de nouveaux électrolytes redox pour les batteries à flux redox en explorant largement l’espace chimique des molécules organiques actives afin d’identifier des électrolytes appropriés, ou pour des matériaux d’électrode novateurs pour les batteries à état solide Na‑ion et Li‑ion.
Pour les technologies d’énergie électrochimique, l’IA pourrait simplifier une image complexe afin de la rendre plus maniable pour les chercheurs.
« L’IA peut fournir des informations sur l’activité de surface, la localisation des sites actifs à la surface avec les distances de liaison, les énergies de liaison des réactifs, des produits et des espèces intermédiaires des réactions électrochimiques, en fonction de la qualité des données utilisées pour entraîner les modèles d’IA »
Cette méthode peut éliminer de nombreuses conjectures et fournir rapidement de nouveaux matériaux candidats plus prometteurs qui pourront ensuite être testés en laboratoire.
Une autre utilisation de l’IA consiste à concevoir le processus de sorte qu’en plus de l’hydrogène vert, il offre également une valorisation électrochimique de la biomasse, aboutissant à des acides utiles, des aldéhydes, des furannes et des alcools.
« Des modèles d’IA robustes peuvent être employés sur des données expérimentales et de simulation afin de capturer les relations structure‑propriété pour la conception rationnelle du dispositif de réaction électrochimique afin d’atteindre une bonne sélectivité, un contrôle et une haute efficacité faradique des produits désirés. »
Atteindre la commercialisation n’est jamais facile
Bien que prometteuse et susceptible de devenir plus rentable et utile grâce à l’IA, la production électrochimique d’hydrogène par électrolyseurs, à partir de l’eau ou de la biomasse, doit encore être réalisée à grande échelle à un prix très bas par kilogramme. Ce n’est qu’alors qu’elle pourra concurrencer efficacement les combustibles fossiles.
Davantage de déploiements de cette technologie sont nécessaires, et pas seulement l’amélioration des concepts prometteurs en laboratoire.
La durabilité, la sélectivité, la densité de courant et l’économie à l’échelle pilote devront tous être améliorés afin de transformer la méthode prometteuse en laboratoire en quelque chose qui puisse être déployé à l’échelle de térawatts requise pour commencer à déplacer de manière significative le charbon, le gaz et le pétrole des systèmes énergétiques mondiaux.
Cela dit, il est néanmoins probable que cela arrive bientôt, surtout que l’amélioration de l’économie des électrolyseurs et des carburants verts est probablement un peu plus facile que de gérer l’électrification de la plupart des technologies et infrastructures construites par la civilisation moderne au cours des cent dernières années.
Pour les investisseurs, de nombreuses voies électrochimiques évoquées ci‑dessus restent trop précoces pour offrir une exposition directe aux marchés publics. Une approche plus pratique consiste à examiner les entreprises qui commercialisent déjà l’infrastructure sous‑jacente nécessaire à la production et à l’utilisation de l’hydrogène à grande échelle. L’une des options cotées en bourse les plus établies est Bloom Energy, dont les technologies d’électrolyseur à oxyde solide et de pile à combustible offrent une exposition à la construction plus large de systèmes d’énergie électrochimique.
Investir dans les carburants renouvelables
Bloom Energy
BE Graphique du prix
Bloom Energy est un leader mondial de la technologie des électrolyseurs et des piles à combustible.
Actuellement, le principal marché de l’entreprise a été les piles à combustible qui transforment le carburant en électricité à haute efficacité sans combustion, produisant de l’air à haute température et un flux de CO₂ à haute concentration. Le design est intrinsèquement modulaire, avec plus de puissance nécessitant simplement plus de cellules, jusqu’à l’échelle du mégawatt.
Source: Bloom Energy
De 2024 à aujourd’hui, Bloom Energy s’est recentrée depuis son marché initial d’hôpitaux, de sites isolés et de production d’énergie de secours vers les centres de données, entraînant un boom massif tant des ventes que du cours de son action.
Cela est également favorisé par la transition des centres de données IA vers une architecture entièrement en courant continu (au lieu du mélange actuel AC/DC), économisant de l’espace et du matériel pour l’infrastructure des centres de données IA.
Bloom a lancé un partenariat pour combiner sa technologie de pile à combustible avec la capture du carbone, de sorte que l’énergie produite soit essentiellement neutre en carbone même lorsqu’elle est alimentée par du gaz naturel. Et depuis 2022, l’entreprise a commencé à produire des électrolyseurs à oxyde solide à haute efficacité pour l’hydrogène.
Cela confère à Bloom une expertise pertinente dans le dimensionnement des systèmes électrochimiques, même si les voies d’électrolyse de la biomasse et de conversion du CO₂ évoquées dans l’étude restent en dehors de son offre commerciale principale aujourd’hui.
Néanmoins, les investisseurs devraient principalement miser sur le futur succès de Bloom Energy sur le marché des centres de données, car cela déterminera beaucoup plus son succès immédiat que l’éventuelle expansion future sur les marchés de l’hydrogène et des carburants verts.
(Vous pouvez en savoir plus sur Bloom Energy dans notre rapport d’investissement dédié à l’entreprise)
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Étude référencée
1. Ignacio Aguilar at al. Electrochemical energy technologies: Current progress and future opportunities for sustainable energy transitions. Renewable and Sustainable Energy Reviews. Volume 242, décembre 2026, 117313. https://doi.org/10.1016/j.rser.2026.117313
