Production de dihydrogène
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.Il est donc considéré comme un carburant d’avenir.
Cependant, le dihydrogène n’est quasiment pas présent sur Terre à l’état naturel, à la différence de l'élément hydrogène qui est omniprésent.
Mais comment le dihydrogène est-il produit dans l’industrie ?
Étape 1
Cette étape se déroule à hautes
températures (1000 °C environ), et sous une
pression de 20 à 30 bars.Par exemple, 1 molécule de méthane (
avec 
et
) et 1 molécule d'eau (H2O) produisent
1 molécule de monoxyde de carbone (CO) qui
réagira au cours de la deuxième
étape.Étape 2
Le monoxyde de carbone ainsi formé réagit à son tour avec l'eau (pour former du dioxyde de carbone et du dihydrogène) selon l'équation suivante:
Cette étape est possible à des températures plus basses (environ 130 °C).
Le monoxyde de carbone
est toxique, mais il n’en reste plus à
la fin de la réaction: on appelle ce composé
un intermédiaire
réactionnel.Globalement, la réaction de vaporeformage s’écrit :
Ce procédé de fabrication de dihydrogène nécessite :
•un apport d’énergie sous forme de chaleur (brûleur) afin que les conditions requises soient réunies.
•un catalyseur, accélérant la réaction.
Les hydrocarbures sont les réactifs de cette réaction. Des ressources fossiles (telles que le pétrole, le méthane) sont ainsi mises à contribution, ce qui pose le même problème que pour les carburants classiques : les ressources fossiles ne sont pas inépuisables.
Toutefois, il est également possible de faire appel à la biomasse pour les remplacer.
On peut noter un inconvénient majeur de cette réaction: la libération de gaz à effet de serre (CO2). La combustion du dihydrogène n’en produit pas. En revanche, sa fabrication industrielle, oui.
Pourquoi ne pas utiliser l’énergie électrique pour « casser » des molécules d’eau, afin de générer de l'O2 et du H2 ?
Exemple d’une électrolyse à pH neutre :
Au niveau de la cathode, se produit la réaction de réduction suivante:
.Au niveau de l’anode, se produit la réaction d’oxydation suivante:
.Les ions hydroxydes (
)
et les ions (
)
réagissent ensemble pour redonner de l’eau,
ainsi le pH global ne varie pas.En conséquence, la réaction de l’électrolyse est :
L’électrolyse de l’eau est une méthode simple à mettre en œuvre pour produire du dihydrogène. Elle peut se faire à petite échelle (manipulation de TP) ou à plus grande échelle (usines chimiques),
intervenant beaucoup en chimie organique. Dans tous les
cas, le générateur doit fournir une tension
minimale théorique de 
.Cette méthode est :
• non-polluante
• gourmande en énergie électrique
• problématique en ce qui concerne l'utilisation de l'eau: avant c'était une ressource, désormais, c'est une richesse
• Par réaction avec des métaux
Historiquement, cette méthode a été très employée au XIXème et au début du XXème siècle. On sait que certains métaux (tels que le fer ou l'aluminium), attaqués par un acide, produisent un dégagement de dihydrogène. L’attaque de l’aluminium par une base (la soude, NaOH) se présente sous forme d'équation:
.Intérêt : la soude est régénérée par la réaction :
.• L’oxydation partielle d’hydrocarbures
Le principe est proche de celui de l'étape 1 du vaporeformage, à la différence que l’on remplace
par 
.Avantage : libération d'énergie, donc pas besoin de chauffer. Par contre, comme pour le vaporeformage, il y a production de monoxyde de carbone, qui est alors transformé en dioxyde de carbone lors de l'étape 2.
• Utilisation d’algues
Des algues peuvent, dans certaines conditions, produire du dihydrogène. L’énergie lumineuse du Soleil est ainsi exploitée dans ce cas-là.
• Électrolyses à hautes températures
Nécessitant moins d’électricité que les électrolyses classiques, ce type d'électrolyses peuvent utiliser trois sources de chaleur afin d'atteindre les températures requises (jusqu’à 900 °C dans la pratique) : solaire, géothermie, ou de futurs réacteurs nucléaires hautes températures.
Toutefois, le transport du dihydrogène présente des contraintes importantes. On peut le liquéfier comme le méthane, afin qu’il prenne moins de place (méthaniers). Cependant, le méthane se liquéfie à
,
alors que le dihydrogène ne devient liquide
qu’en dessous de 
(environ 20 K). Cette température rend cette
technique peu aisée et relativement chère.
Cependant, elle est pratiquée dans le cas des
fusées.Le dihydrogène est souvent transporté et conservé sous forme gazeuse, sous de hautes pressions (350 ou même 700 bars). Mais, du fait de sa petite taille, il a tendance à s’échapper des récipients qui le contiennent. Il peut également fragiliser les aciers. D’autre part, comme c’est un gaz très léger, il monte rapidement dans l’atmosphère terrestre une fois libéré. D’ailleurs, dans certains cas, il est courant que le dihydrogène soit produit directement sur le lieu de consommation.
Des projets de recherche tentent de fixer temporairement le gaz dans des matériaux solides, plus précisément en l’incorporant dans la structure moléculaire du solide (hydrures métalliques …).
→ Le vaporeformage, produisant le gaz à partir d’hydrocarbures :
• Méthode la plus employée, mais qui a le défaut de libérer également du dioxyde de carbone.
→ L’électrolyse de l’eau, générant de l'énergie électrique pour produire le gaz:
.• Méthode non polluante, mais présentant le défaut de consommer énormément d’énergie électrique.
La combustion de ce gaz dans le dioxygène ne génère que de l’eau.
C’est un vecteur énergétique car il constitue une forme d’énergie pouvant être transportée (comme l’électricité). Le dihydrogène peut de plus être conservé. En revanche, le transport et la conservation du gaz sont contraignants.
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