Production d'hydrogèneLa production d'hydrogène, ou plus exactement de dihydrogène, est en grande majorité réalisée par extraction chimique depuis des combustibles fossiles, principalement du méthane, du charbon et de coupes pétrolières. La production de dihydrogène par cette voie présente l'avantage d'un coût compétitif, mais l'inconvénient d'être à l'origine d'émissions de non biogénique, qui dépassent généralement dix kilogrammes de par kilogramme d'hydrogène produit.
HydrogèneLhydrogène est l'élément chimique de numéro atomique 1, de symbole H. L'hydrogène présent sur Terre est presque entièrement constitué de l'isotope H (ou protium, comportant un proton et zéro neutron) et d'environ 0,01 % de deutérium H (un proton, un neutron). Ces deux isotopes de l'hydrogène sont stables. Un troisième isotope, le tritium H (un proton, deux neutrons), instable, est produit dans les réactions de fission nucléaire (réacteurs nucléaires ou bombes).
Stockage de l'hydrogèneLe concept de stockage de l'hydrogène désigne toutes les formes de mise en réserve du dihydrogène en vue de sa mise à disposition ultérieure comme produit chimique ou vecteur énergétique. Plusieurs possibilités existent, qui présentent avantages et inconvénients. Sous forme de gaz, le dihydrogène est peu dense et doit être fortement comprimé. La liquéfaction du dihydrogène se réalise à très basse température. L'hydrogène solide nécessite d'être lié à d'autres composants, notamment sous la forme d'hydrure.
Cellule photoélectrochimiqueUne cellule photoélectrochimique utilise la lumière et des réactions chimiques pour produire de l'électricité. C'est un composant électronique qui, exposé à la lumière (photon), décompose l'eau en oxygène et hydrogène. On peut ensuite utiliser cet hydrogène dans des piles à combustible ou des moteurs à hydrogène. Une telle cellule photoélectrochimique est formée d'une électrode photosensible immergée dans un électrolyte ou dans de l'eau.
BiohydrogenBiohydrogen is H2 that is produced biologically. Interest is high in this technology because H2 is a clean fuel and can be readily produced from certain kinds of biomass, including biological waste. Furthermore some photosynthetic microorganisms are capable to produce H2 directly from water splitting using light as energy source. Besides the promising possibilities of biological hydrogen production, many challenges characterize this technology. First challenges include those intrinsic to H2, such as storage and transportation of an explosive noncondensible gas.
Craquage de l'eauLe craquage de l'eau est un processus aboutissant à la dissociation de l'hydrogène et de l'oxygène de l'eau, atomes composant la molécule d'eau , par thermolyse, électrolyse ou radiolyse. La réaction thermochimique commence à haute température (entre ) pour devenir complète vers . Le bilan de la décomposition d'une molécule d'eau ci-après : H2O → H2 + O2 s'établit comme suit, pour une mole d'eau : comme la molécule d'eau H2O est constituée de deux liaisons O-H dont chacune a une énergie molaire de , leur rupture absorbe ; la recomposition des molécules de dihydrogène gazeux produit un apport d'énergie : 2 H → H2 + ; la recomposition du dioxygène libère quant à elle : 2 O → O2 + , soit par mole d'eau initiale.
Véhicule à hydrogèneUn véhicule à hydrogène est un moyen de transport qui utilise une transformation chimique du dihydrogène comme énergie de propulsion. En particulier, on appelle voiture à hydrogène un véhicule à propulsion électrique muni d'une pile à combustible utilisant le plus souvent l'hydrogène comme combustible réducteur. C'est un type particulier de véhicule à pile à combustible. Cette appellation englobe des véhicules du domaine de l'aérospatiale (comme les fusées) ou du domaine militaire (comme des sous-marins à hydrogène), bien que l'usage courant renvoie plutôt au monde des transports.
Économie hydrogèneLéconomie hydrogène ou économie de l'hydrogène est le modèle économique dans lequel le dihydrogène (de formule chimique ) servirait de vecteur d'énergie commun pour mutualiser les différents types de production d’énergie et pallier le problème de l’intermittence des énergies renouvelables. Ce principe est envisagé pour la première fois par Jules Verne en 1874, puis de façon plus détaillée par John Burdon Sanderson Haldane en 1923, et l'Allemagne nazie l'utilise pour produire des combustibles synthétiques à partir du charbon.
Électrolyse de l'eauL'électrolyse de l'eau est un procédé électrolytique qui décompose l'eau (HO) en dioxygène et dihydrogène gazeux grâce à un courant électrique. La cellule électrolytique est constituée de deux électrodes immergées dans un électrolyte (ici l'eau elle-même) et connectées aux pôles opposés de la source de courant continu. vignette|Schéma du voltamètre d'Hoffmann utilisé pour l'électrolyse de l'eau. vignette|Schéma fonctionnel de l’électrolyse.
Craquage de l'eau par photocatalyseLe craquage de l'eau par photocatalyse est l'utilisation de photons suffisamment énergétiques pour craquer les molécules d'eau en les clivant de manière électrochimique afin de produire hydrogène et oxygène , selon une réaction chimique qui s'écrit simplement : 2 + 4 hν ⟶ 2 + , l'énergie minimale des photons incidents étant . Une telle réaction a été décrite pour la première fois en 1972 pour des longueurs d'onde inférieures à .
Cellule électrochimiquevignette| Une configuration de cellule électrochimique de démonstration ressemblant à la cellule Daniell. Les deux demi-cellules sont reliées par un pont salin portant des ions entre elles. Les électrons circulent dans le circuit externe. Une cellule électrochimique est un appareil capable de générer de l'énergie électrique à partir de réactions chimiques ou d'utiliser de l'énergie électrique pour provoquer des réactions chimiques.
Électrode standard à hydrogènevignette|Construction d'une électrode à hydrogène standard : 1. Électrodes en platine avec revêtement en poudre de platine, 2. Alimentation en hydrogène, 3. Solution acide (H = ), 4. Piège à eau pour empêcher l'accès à l'oxygène dans l'air, 5. Connexion à la deuxième électrode de l'élément galvanique à former, dont le potentiel est mesuré. L'électrode standard à hydrogène (ESH) est l'électrode de référence absolue. Elle ne peut être réalisée en pratique. La réalisation pratique de l'ESH est l'électrode normale à hydrogène ou ENH.
ÉlectrodeUne électrode est un conducteur électronique, ou ionique ( verre) captant ou libérant des électrons. Les électrodes interviennent dans les systèmes générateurs de courant (comme les piles ou les accumulateurs électriques) et dans les électrolyses, dont le système est récepteur de courant. On parle aussi d'électrodes pour désigner des composants de certains appareils électriques comme les lampes radio, tube à rayons X, diodes à semi-conducteur. C'est également le cas dans le soudage à l'arc électrique.
Infrastructure hydrogèneLes infrastructures hydrogène sont les infrastructures de transport par pipeline de l'hydrogène, les points de production d'hydrogène et les stations à hydrogène (parfois regroupées comme une autoroute de l'hydrogène) pour la distribution ainsi que la vente de carburant hydrogène, et donc une condition préalable cruciale avant une commercialisation réussie de technologie de la pile à combustible automobile.
Sulfure d'hydrogèneLe sulfure d'hydrogène, ou hydrogène sulfuré, est un composé chimique de formule , constitué de soufre et d'hydrogène. C'est un gaz inflammable, incolore, à l'odeur nauséabonde d'œuf pourri, très toxique, faiblement soluble dans l'eau en donnant un acide faible, l’acide sulfhydrique. Il réagit avec les solutions aqueuses basiques et les métaux tels que l'argent ou l'acier, même inoxydable. Le sulfure d'hydrogène joue un rôle important en biologie.
Pile à combustibleUne pile à combustible est un générateur électrochimique produisant une tension électrique grâce à l'oxydation sur une électrode d'un combustible réducteur (par exemple le dihydrogène) couplée à la réduction sur l'autre électrode d'un oxydant, tel que l'oxygène de l'air. Elle est distincte de la pile électrique, qui fonctionne également par réaction d'oxydoréduction, mais qui est constituée d'empilements de métaux. vignette|Pile à combustible de la NASA au méthanol.
Hydrogène liquideL'hydrogène liquide est le dihydrogène refroidi en dessous de son point de condensation, soit () à pression atmosphérique (). Il a alors une masse volumique de . Il est généralement désigné par l'acronyme LH2 pour les applications astronautiques. C'est en effet l'un des combustibles liquides les plus utilisés au décollage, par exemple par la navette spatiale américaine, le lanceur Delta ou le lanceur Ariane 5. Le chimiste et physicien écossais James Dewar fut le premier à parvenir, en 1899, à liquéfier l'hydrogène, en combinant le refroidissement mécanique du gaz avec une détente adiabatique.
Hydrogène métalliqueL'hydrogène métallique est une phase de l'hydrogène qui survient lorsqu'il est soumis à une très forte pression. C'est un exemple de matière dégénérée. Il est estimé qu'il y a un intervalle de pressions (autour de ) tel que l'hydrogène métallique est liquide, même à de très basses températures. L'hydrogène métallique consiste en un treillis de noyaux atomiques, des protons, dont l'espacement est significativement plus petit que le rayon de Bohr. En effet, l'espacement est davantage comparable à une longueur d'onde d'électron (voir hypothèse de De Broglie).
Liquid metal electrodeA liquid metal electrode is an electrode that uses a liquid metal, such as mercury, Galinstan, and NaK. They can be used in electrocapillarity, voltammetry, and impedance measurements. The dropping mercury electrode (DME) is a working electrode made of mercury and used in polarography. Experiments run with mercury electrodes are referred to as forms of polarography even if the experiments are identical or very similar to a corresponding voltammetry experiment which uses solid working electrodes.
Fermentative hydrogen productionFermentative hydrogen production is the fermentative conversion of organic substrates to H2. Hydrogen produced in this manner is often called biohydrogen. The conversion is effected by bacteria and protozoa, which employ enzymes. Fermentative hydrogen production is one of several anaerobic conversions. Dark fermentation reactions do not require light energy. These are capable of constantly producing hydrogen from organic compounds throughout the day and night. Typically these reactions are coupled to the formation of carbon dioxide or formate.
