Pourquoi l’hydrogène pourrait encore être le carburant du futur

L’hydrogène est depuis longtemps envisagé comme un combustible d’avenir. Dans certaines applications, il peut remplacer les combustibles fossiles, dans des piles à combustible ou des moteurs à combustion interne conçus pour cet usage. Le bénéfice climatique dépend aussi de sa production et de son transport. Les recherches sur l’hydrogène naturel et sa production biologique dans des gisements pétroliers épuisés pourraient élargir l’offre.

Entreprises développant des technologies de l’hydrogène

Les entreprises suivantes développent des piles à combustible à hydrogène et des technologies de production et de propulsion associées. Cummins travaille également sur des moteurs à combustion interne alimentés à l’hydrogène.

Cummins Inc. (NYSE : CMI)

Cummins Inc. (CMI ), fondée en 1919 et basée à Columbus, dans l’Indiana, est un fournisseur international de systèmes de propulsion et d’énergie. Elle conçoit, fabrique, vend et entretient des moteurs diesel et à carburants alternatifs, des systèmes électriques et hybrides et des composants. En 2023, elle comprenait les segments Engine, Distribution, Components, Power Systems et Accelera, auparavant New Power.

Cummins a développé ses activités dans des technologies énergétiques plus durables, en accordant une attention particulière à l’hydrogène. En mars 2023, New Power a pris la marque Accelera by Cummins, consacrée aux systèmes de propulsion électriques, batteries, piles à combustible et électrolyseurs pour produire de l’hydrogène.

L’acquisition de Hydrogenics Corporation en 2019 a constitué une étape importante, renforçant les technologies et l’expertise de Cummins dans les piles à combustible et la production d’hydrogène.

Grâce à des partenariats stratégiques et des investissements, Cummins renforce sa position dans l’économie de l’hydrogène. L’entreprise s’appuie sur son expérience des systèmes de propulsion, d’énergie et des composants pour soutenir des applications plus durables et réduire les émissions.

Capitalisation dans l’analyse initiale : 34,34 milliards de dollars

Ratio cours/bénéfice (PER) : 13,73

Bénéfice par action (BPA) : 17,74 dollars

Ces chiffres concernant Cummins (CMI) figuraient dans l’article initial de 2023. L’analyse décrivait l’avis dominant des analystes de l’époque comme une recommandation d’achat.

Plug Power Inc. (NASDAQ: PLUG)

Plug Power Inc. (PLUG ), fondée en 1997 et basée à Latham, dans l’État de New York, développe des technologies de piles à combustible à hydrogène. Elle conçoit, fabrique et commercialise des systèmes fournissant de l’électricité aux moteurs électriques, notamment dans des véhicules et des équipements logistiques.

Les systèmes de Plug Power peuvent remplacer les batteries classiques d’équipements électriques, comme les chariots élévateurs des entrepôts et centres de distribution. Son offre comprend GenDrive, un système de pile à combustible PEM à hydrogène pour véhicules de manutention.

Plug Power a également élargi ses activités aux systèmes énergétiques stationnaires, aux flottes de véhicules de livraison et à de possibles applications aéronautiques. Les acquisitions de United Hydrogen et Giner ELX en 2020 ont renforcé ses capacités de production d’hydrogène, d’électrolyse, de liquéfaction et de distribution.

Ces activités s’inscrivent dans l’engagement de Plug Power pour les technologies de l’hydrogène et des systèmes énergétiques plus durables.

Capitalisation dans l’analyse initiale : 7,09 milliards de dollars

Ratio cours/bénéfice prévisionnel à un an, selon l’article initial : −12,14

Bénéfice par action (BPA) : −1,33 dollar

Ces chiffres concernant Plug Power (PLUG) figuraient dans l’article initial de 2023. L’analyse décrivait l’avis dominant des analystes de l’époque comme une forte recommandation d’achat.

Qu’est-ce que l’hydrogène ?

L’hydrogène est l’élément le plus simple et le plus abondant de l’univers. Un atome neutre possède un proton et un électron. Dans les conditions habituelles, le gaz se compose de molécules de deux atomes, H₂, et il est incolore, inodore et insipide.

L’hydrogène peut former des liaisons avec d’autres éléments ou un second atome d’hydrogène. Dans H₂, les deux atomes partagent une paire d’électrons. La réaction avec l’oxygène peut produire de l’eau, H₂O. L’énergie libérée rend l’hydrogène utilisable comme combustible. À température ambiante, l’hydrogène moléculaire ne réagit toutefois pas spontanément et rapidement avec l’air : une source d’allumage ou un catalyseur adapté peut être nécessaire.

L’hydrogène est utilisé dans de nombreux secteurs industriels et peut servir de vecteur énergétique. Une pile à combustible alimentée en hydrogène pur produit de l’électricité, avec de l’eau et de la chaleur comme produits directs de la réaction.

Comment est-il utilisé comme carburant ?

L’hydrogène peut être utilisé comme combustible de plusieurs manières :

1. Piles à combustible: La réaction électrochimique entre hydrogène et oxygène produit de l’électricité, avec de l’eau et de la chaleur comme produits directs. Les applications vont de l’alimentation électrique des bâtiments à la propulsion de véhicules électriques.
2. Moteurs à combustion interne: Des moteurs conçus pour cet usage peuvent brûler de l’hydrogène. Cette voie diffère de la pile à combustible, qui fournit de l’électricité à un moteur électrique. Le rendement dépend de la conception et de la charge ; les piles peuvent être plus efficaces dans de nombreuses applications. La combustion avec l’air peut produire des oxydes d’azote.
3. Production d’électricité: L’hydrogène peut être brûlé dans une turbine à gaz appropriée pour produire de l’électricité. Cela exige des systèmes adaptés et un contrôle de la combustion et des émissions d’oxydes d’azote.
4. Stockage d’énergie: L’électricité renouvelable excédentaire, éolienne ou solaire par exemple, peut produire de l’hydrogène par électrolyse. Le gaz peut être stocké puis utilisé lorsque la demande est élevée ou la production renouvelable faible. La conversion, le stockage et l’utilisation ultérieure entraînent des pertes d’énergie.

Le principal avantage au point d’usage est que l’hydrogène pur ne contient pas de carbone et que sa réaction avec l’oxygène ne produit pas de CO₂ issu du combustible. Une pile à combustible évite également les émissions de combustion. L’impact climatique total dépend toutefois de la production, de la consommation d’énergie, du transport et des fuites éventuelles : toute la chaîne n’est pas automatiquement sans émissions.

Pourquoi l’hydrogène en tant que carburant est-il important ?

L’utilisation de l’hydrogène comme combustible peut présenter un intérêt pour plusieurs raisons :

1. Impact environnemental: Les piles à combustible à hydrogène pur produisent localement de l’eau et de la chaleur plutôt que des gaz de combustion. Si la production et la chaîne d’approvisionnement sont également peu émettrices, elles peuvent contribuer à réduire les émissions totales de gaz à effet de serre.
2. Sécurité énergétique: L’hydrogène peut être produit à partir de matières premières diverses, dont l’eau, le gaz naturel et la biomasse, ce qui élargit les possibilités d’approvisionnement. La production à partir de gaz naturel reste dépendante d’une matière première fossile et son bilan climatique dépend du procédé.
3. Polyvalence: L’hydrogène peut servir dans les transports, la chaleur industrielle et la production électrique. Toutes les applications ne sont pas aussi efficaces ou économiques, mais cette polyvalence peut être utile dans un système énergétique durable.

Des difficultés subsistent. La production peut demander beaucoup d’énergie, tandis que le stockage et le transport sont techniquement exigeants et nécessitent des infrastructures. Coûts, rendement et émissions doivent donc être évalués sur toute la chaîne. Le potentiel de l’hydrogène en fait néanmoins un domaine important de recherche et développement pour la transition énergétique.

Sources d’hydrogène

Sur Terre, l’hydrogène est surtout lié à des composés comme l’eau et les hydrocarbures. Il est donc généralement produit, par électrolyse ou conversion du gaz naturel notamment. L’étude des accumulations naturelles indique que des sources géologiques peuvent aussi exister. Leur présence ne signifie pas qu’elles soient partout exploitables économiquement.

Production biologique dans des gisements pétroliers épuisés

Depuis le dix-neuvième siècle, de nombreux puits pétroliers ont été forés dans le monde. Même lorsque l’extraction cesse d’être rentable, du pétrole peut subsister dans le réservoir. Des chercheurs et des entreprises étudient de nouveaux usages de ces sites, dont la production biologique d’hydrogène.

Cemvita, alors connue sous le nom de Cemvita Factory, a décrit en 2022 des essais dans lesquels des micro-organismes utilisent les hydrocarbures résiduels de gisements pétroliers épuisés pour produire de l’hydrogène. La transformation biologique passe par des processus enzymatiques dans les microbes. L’entreprise utilise la marque « Gold Hydrogen » pour cette approche.

Présence naturelle d’hydrogène

Outre la production biologique dans des gisements pétroliers, des sources géologiques naturelles sont étudiées. Ces dernières années ont donné lieu à des découvertes d’hydrogène dans le sous-sol et à des indices de possibles accumulations naturelles d’hydrogène. Parmi les pays où ces phénomènes ont été signalés ou étudiés figurent :

• Australie
• Canada
• France
• Allemagne
• Japon
• Russie
• Nouvelle-Zélande

Les chercheurs étudient encore la formation de cet hydrogène, les quantités présentes, la part récupérable et les effets environnementaux d’une extraction. La présence du gaz ne correspond pas à une réserve commerciale démontrée. Les sources géologiques pourraient élargir l’offre, mais leur contribution demande davantage de recherches.

Conclusion

L’hydrogène reste une possibilité prometteuse pour réduire l’usage des combustibles fossiles dans certaines applications. Les sources naturelles et la production biologique dans des gisements pétroliers pourraient apporter de nouvelles quantités. Si ces méthodes sont viables sur les plans technique, économique et environnemental, elles peuvent améliorer les coûts et la disponibilité, et soutenir les applications développées par des entreprises comme Cummins et Plug Power.