Le besoin urgent de trouver des sources d'énergie renouvelable a braqué les projecteurs sur les carburants à hydrogène en tant que solution prometteuse qui pourrait transformer les systèmes énergétiques du monde entier. Fin 2029, le marché de l'hydrogène devrait dépasser 260 milliards de dollars et offrir de nombreuses opportunités de recherche et d'affaires dans ce domaine. À l'aide des données de la collection de contenus CAS, nous avons réalisé une analyse des tendances mondiales de la recherche sur les carburants à hydrogène, dont nous partageons quelques points importants ici. Il est indispensable de bénéficier d'une vue claire sur ce domaine en évolution rapide pour accélérer la recherche et saisir les opportunités actuelles et futures du marché de l'hydrogène.
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Comment expliquer cet enthousiasme autour de l'hydrogène ?
90 % des réserves mondiales d'énergie proviennent actuellement des combustibles fossiles. Notre dépendance aux combustibles fossiles, une source d'énergie non renouvelable, n'est pas durable. Alors que la population mondiale augmente et que notre recours aux combustibles fossiles continue à épuiser les réserves naturelles limitées, il devient de plus en plus essentiel de répondre aux besoins d'énergie futurs de la planète. De plus, les sous-produits des combustibles fossiles nuisent à l'environnement en libérant des toxines, des particules et des émissions renforcées de CO2 qui contribuent au réchauffement climatique mondial.
Au cours des vingt dernières années, les préoccupations autour de la durabilité et des conséquences sur l'environnement ont amplifié le volume des recherches de sources d'énergie alternatives propres aptes à répondre à une demande d'énergie toujours croissante. Un certain nombre de sources d'énergie durables sont utilisées et en cours de développement, notamment le solaire, l'éolien, l'énergie thermique des océans, l'énergie géothermique et la biomasse, pour ne citer que quelques exemples ; toutefois, utilisées isolément, aucune d'elles n'est en mesure actuellement d'offrir une quantité d'énergie suffisante, fiable et économique.
Dans la quête d'alternatives plus évolutives, l'hydrogène est porteur d'immenses promesses et apparaît comme un concurrent majeur aux combustibles fossiles. À la fois carburant et transporteur d'énergie, l'hydrogène peut aussi stocker l'énergie issue de différentes sources primaires, offrant potentiellement de plus grandes possibilités en tant que source d'énergie renouvelable que les autres solutions disponibles.
Technologie de carburant à l'hydrogène : avantages, tendances et succès récents
La production d'électricité à partir de l'hydrogène repose sur un système de piles à combustible initialement mis au point dans les années 1970. La pile à combustible composée d'une cathode, d'une anode et d'électrolyte produit de l'énergie électrique par une réaction chimique entre l'hydrogène et l'oxygène. Même si cette réaction ne génère que de l'eau, de l'électricité et de la chaleur, l'utilisation de l'hydrogène ne contribue pas à l'effet de serre.
Le protocole de Kyoto, un traité international signé par 192 pays participants qui se sont engagés à réduire les émissions de gaz à effet de serre, a été mis en œuvre en 1997. Depuis lors, les efforts se sont accélérés pour explorer et développer l'hydrogène en tant que carburant alternatif. Nos données démontrent une augmentation régulière du volume de brevets dans le domaine des carburants à hydrogène depuis 1997, ce qui témoigne de l'intérêt mondial croissant pour la commercialisation de cette technologie.
Rester informé des tendances mondiales en matière de développement de carburants à hydrogène permet de réaliser des investissements professionnels à toute connaissance de cause, de mettre en place des collaborations de valeur et d'identifier les hauts lieux (ou les lacunes cachées) du monde de la recherche. La collection de contenus CAS révèle d'importantes tendances mondiales des pratiques de recherche et de dépôt de brevets dans le domaine de l'hydrogène. Le fait de considérer ces tendances d'un point de vue géographique et industriel fournit une perspective plus approfondie du marché des carburants à hydrogène.
Les données sur les brevets indiquent que la région Asie-Pacifique produit 66,7 % des brevets mondiaux liés aux carburants à hydrogène. Le Japon, leader mondial dans la recherche sur ce type de carburants, a produit un tiers de l'ensemble des inventions, talonné par la Chine. Du point de vue des segments, l'industrie automobile est celle qui apporte la plus forte contribution aux dépôts de brevet dans ce domaine, car elle est directement affectée par la transition vers des sources d'énergie renouvelable. En Europe, aux États-Unis et en Chine, le sujet le plus fréquemment mentionné dans les brevets de carburants à hydrogène est celui des « matériaux de stockage de l'hydrogène », suivi de près par les « piles à combustible », avec une mise en évidence de ces applications dans le secteur des transports, mais aussi dans le chauffage commercial et résidentiel.
En fait, plusieurs pays ont récemment célébré des succès dans le lancement de technologies de carburant à hydrogène dans le domaine des transports publics. Par exemple, deux trains alimentés à l'hydrogène ont été mis en service dans le nord de l'Allemagne en 2019 afin de réduire les émissions de CO2 liées aux modes de transport classiques au diesel. De même, lors des prochains Jeux Olympiques d'été de Tokyo en 2021, des bus à hydrogène transporteront les athlètes.
Recherche axée sur la résolution des problèmes
Malgré ses avantages et son potentiel, le domaine de la technologie de l'hydrogène est confronté à des défis qui entravent sa mise en application immédiate à grande échelle. L'un des défis majeurs est son coût. L'utilisation de platine dans les piles à combustible rend actuellement la production d'hydrogène coûteuse, ce qui incite la communauté scientifique à étudier des alternatives plus économiques. La réduction du coût des systèmes à hydrogène et le développement de méthodes de fabrication économiques sont essentiels pour concurrencer les systèmes bien établis et économiques utilisant le pétrole.
Toutefois, l'obstacle majeur qui nuit actuellement à la technologie des carburants à hydrogène tient au fait que l'hydrogène est difficile à stocker. L'hydrogène est un élément léger, beaucoup moins dense que les carburants conventionnels. Éviter les fuites liées à la perméabilité du gaz sous pression requiert l'utilisation de matériaux de grande qualité pour fabriquer les cuves de stockage. Il est difficile de trouver le juste équilibre entre durabilité et poids des systèmes de stockage d'hydrogène.
Le succès de l'hydrogène en tant que carburant de grande consommation dépend directement de l'identification de matériaux robustes pour son stockage et du développement d'un système de transport sûr et avancé. En conséquence, le stockage de l'hydrogène apparaît comme le sujet de recherche le plus important dans l'ensemble du paysage mondial depuis 2009, suivi de la « déshydrogénation » depuis quelques années. La stratégie de déshydrogénation résout le problème du stockage en exploitant l'infrastructure de stockage et de transport bien établie pour l'ammoniac et le méthylcyclohexane. Avec des processus en place pour extraire l'hydrogène de l'ammoniac et du méthylcyclohexane, un tel système peut s'avérer plus économique que la manipulation de l'hydrogène pur.
Alors que la technologie de l'hydrogène se développe rapidement et devrait jouer un rôle majeur dans la transition mondiale vers les énergies renouvelables, il est indispensable que les entreprises d'un certain nombre de secteurs concernés surveillent les tendances pertinentes de la recherche. Pour en savoir plus sur les opportunités émergentes dans ce domaine, téléchargez notre rapport détaillé sur les carburants à hydrogène.