Dihydrogène

Le dihydrogène est la plus simple des molécules — deux atomes d'hydrogène liés par une liaison covalente — et probablement la plus stratégique du XXIᵉ siècle. Sa centralité actuelle vient de deux usages : ~75 Mt produites annuellement comme matière première chimique (principalement pour Haber-Bosch et le raffinage du pétrole, qui consomme H₂ pour hydrocraquer les hydrocarbures lourds en essences et désulfurer les diesels), et un rôle émergent comme vecteur énergétique propre dans la décarbonation industrielle.

Production : aujourd'hui ~95 % du H₂ est dit « gris », issu du vaporeformage du méthane (CH₄ + H₂O → CO + 3 H₂ à 800 °C sur catalyseur Ni), ce qui émet ~10 kg de CO₂ par kg de H₂ produit. Le H₂ « bleu » ajoute une étape de capture-stockage du CO₂ co-produit, ramenant l'empreinte à ~1-2 kg CO₂/kg. Le H₂ « vert » est obtenu par électrolyse de l'eau (2 H₂O → 2 H₂ + O₂), avec une consommation théorique de ~40 kWh/kg H₂ — la voie de référence pour la décarbonation, à condition de l'alimenter par une électricité bas-carbone (renouvelable ou nucléaire). En 2024, sa production reste marginale (~1 Mt/an mondiale) mais croît exponentiellement : objectifs européens de 10 Mt H₂ vert d'ici 2030.

À l'échelle énergétique, H₂ a un pouvoir calorifique massique exceptionnel (120 MJ/kg, soit ~3× celui de l'essence) mais une densité volumique très faible (8 g/L à 700 bar comprimé, vs 730 g/L pour l'essence), ce qui complique son stockage embarqué. Sa pile à combustible (réaction inverse de l'électrolyse, H₂ + ½ O₂ → H₂O + électricité) atteint ~60 % de rendement contre ~25 % pour un moteur thermique, mais le rendement total chaîne « électricité → électrolyse → stockage → pile » descend à ~30 %, à comparer aux ~85 % d'une batterie lithium-ion. C'est pourquoi H₂ est aujourd'hui privilégié pour les usages où la batterie ne convient pas (sidérurgie, chimie lourde, transport longue distance) plutôt que comme rival du véhicule électrique de tourisme.