Qu'est-ce que la production d'hydrogène nucléaire ?

La production d'hydrogène nucléaire est largement considérée comme la méthode privilégiée pour la production d'hydrogène à grande échelle, mais son développement semble lent. Alors, qu'est-ce que la production d'hydrogène nucléaire ?

La production d'hydrogène nucléaire, c'est-à-dire un réacteur nucléaire couplé à un procédé de production d'hydrogène avancé, permet une production massive d'hydrogène. La production d'hydrogène à partir de l'énergie nucléaire présente l'avantage de ne pas émettre de gaz à effet de serre, d'utiliser l'eau comme matière première, d'offrir un rendement élevé et de pouvoir être réalisée à grande échelle. Elle constitue donc une solution importante pour l'approvisionnement futur en hydrogène à grande échelle. Selon les estimations de l'AIEA, un petit réacteur de 250 MW peut produire 50 tonnes d'hydrogène par jour grâce à des réactions nucléaires à haute température.

Le principe de la production d'hydrogène à partir de l'énergie nucléaire consiste à utiliser la chaleur générée par le réacteur nucléaire comme source d'énergie. Grâce à une technologie appropriée, une production d'hydrogène efficace et à grande échelle est possible, permettant ainsi de réduire, voire d'éliminer, les émissions de gaz à effet de serre. Le schéma de principe de la production d'hydrogène à partir de l'énergie nucléaire est présenté sur la figure.

Il existe de nombreuses méthodes pour convertir l'énergie nucléaire en hydrogène, notamment l'utilisation de l'eau comme matière première par électrolyse, le cycle thermochimique, l'électrolyse de la vapeur d'eau à haute température, le craquage du sulfure d'hydrogène, ou encore la pyrolyse du gaz naturel, du charbon ou de la biomasse. L'utilisation de l'eau comme matière première permet un processus de production d'hydrogène entièrement exempt de CO₂, éliminant ainsi quasiment toutes les émissions de gaz à effet de serre. La production d'hydrogène à partir d'autres sources ne fait que réduire les émissions de carbone. Par ailleurs, l'électrolyse nucléaire de l'eau se limite à une simple combinaison de production d'énergie nucléaire et d'électrolyse traditionnelle ; elle reste donc dans le domaine de la production d'énergie nucléaire et n'est généralement pas considérée comme une véritable technologie de production d'hydrogène nucléaire. C'est pourquoi le cycle thermochimique utilisant l'eau comme matière première, l'utilisation totale ou partielle de la chaleur nucléaire et l'électrolyse de la vapeur d'eau à haute température représentent les perspectives d'avenir de la production d'hydrogène nucléaire.

Actuellement, la production d'hydrogène à partir de l'énergie nucléaire s'effectue principalement selon deux procédés : l'électrolyse de l'eau et la production thermochimique. Les réacteurs nucléaires fournissent respectivement l'énergie électrique et l'énergie thermique nécessaires à ces deux procédés.

L'électrolyse de l'eau pour produire de l'hydrogène consiste à utiliser l'énergie nucléaire pour générer de l'électricité, puis à décomposer l'eau en hydrogène grâce à un dispositif d'électrolyse. La production d'hydrogène par électrolyse de l'eau est une méthode relativement directe, mais son rendement (55 % à 60 %) reste faible. Même avec l'adoption de la technologie d'électrolyse de l'eau SPE, la plus avancée aux États-Unis, ce rendement atteint 90 %. Cependant, la plupart des centrales nucléaires actuelles ne convertissant la chaleur en électricité qu'avec un rendement d'environ 35 %, le rendement global de la production d'hydrogène par électrolyse de l'eau dans le contexte de l'énergie nucléaire n'est que de 30 %.

La production d'hydrogène thermochimique repose sur un cycle thermochimique couplant un réacteur nucléaire à un dispositif de production d'hydrogène fonctionnant selon ce même cycle. La haute température du réacteur nucléaire sert de source de chaleur, permettant ainsi à l'eau de subir une décomposition thermique catalysée entre 800 °C et 1000 °C, produisant de l'hydrogène et de l'oxygène. Comparée à la production d'hydrogène par électrolyse de l'eau, la production thermochimique présente un rendement supérieur, pouvant atteindre plus de 50 %, et un coût inférieur.