L'hydrogène est l'élément le plus simple et le plus courant de tout l'univers. Il a la plus grande quantité d'énergie par unité de masse de tous les carburants connus, environ 120 700 kilojoules par kilogramme, environ trois fois plus de chaleur que le pétrole. Lorsqu'il est refroidi à l'état liquide, l'hydrogène de faible poids moléculaire occupe un espace équivalent à un et sept centième de l'espace qu'il occuperait à l'état gazeux, ce qui rend possible son stockage et son transport.

Des recherches de développement relatives à l'hydrogène sont menées partout dans le monde dans le but de réduire principalement les coûts de sa production, de son stockage, de son transport, de sa sécurité et de ses infrastructures. La majeure partie de l'hydrogène produit est encore utilisée comme matière première dans la fabrication de produits tels que les engrais, la conversion de l'huile liquide en margarine, le processus de fabrication des plastiques et le refroidissement des générateurs et des moteurs. Cependant, la recherche sur l'hydrogène se concentre rapidement sur la production d'électricité et d'eau pure par le biais de « piles à combustible », qui peuvent fournir de l'énergie à des équipements fixes ou mobiles.

Il convient de noter en particulier le fait que l'hydrogène est l'élément chimique le plus fondamental et le plus abondant dans la nature et que sa combustion est totalement propre. Il y a un mouvement en faveur d'une économie basée sur l'hydrogène plutôt que sur le pétrole.

La technologie à base d'hydrogène est sans aucun doute très prometteuse et sera le vecteur énergétique de demain. La pleine utilisation de l'énergie produite par des sources intermittentes, telles que l'éolien et le photovoltaïque, dépend de l'utilisation d'accumulateurs d'énergie. La densité d'énergie des batteries est encore très faible et l'hydrogène pourrait être une alternative pour le stockage d'énergie à plus haute densité. Voir les détails dans le graphique 1.



Les nouvelles demandes du marché, principalement pour la conduite de véhicules de transport terrestre, ont indiqué que les plates-formes électriques occuperont un grand espace, principalement en raison de la simplicité et des coûts des véhicules électriques et de l'émission non locale de polluants dioxyde de carbone, monoxyde de carbone, Carbone, Oxyde d'azote, oxyde de soufre.

Cependant, certains problèmes se présentent comme la source qui produit l'énergie à consommer, les infrastructures de distribution et principalement les batteries, qui auront leur taille liée à la puissance demandée par les véhicules (densité énergétique) et les matériaux de construction.

Pour les véhicules jusqu'à 10 tonnes, avec un rayon moyen de 100 kilomètres par jour, la solution de la batterie rechargeable sera probablement recommandée. Pour les véhicules jusqu'à 10 000 tonnes et un rayon moyen jusqu'à 1 000 kilomètres par jour (grosses voitures, camions et trains), la solution probable sera l'utilisation de l'hydrogène avec des piles à combustible. Pour des tonnages et des distances plus importants (avions et bateaux), l'utilisation directe de biocarburant sera probablement recommandée. Voir les détails dans le graphique 2.



L'hydrogène doit avoir une part importante dans la matrice énergétique en peu de temps et peut être produit à partir de sources renouvelables, comme l'énergie éolienne et photovoltaïque, qui sont intermittentes et produites pas nécessairement à proximité des lieux de consommation. Ces problèmes peuvent être surmontés en installant infrastructures de stockage et de distribution, qui nécessitent normalement des investissements élevés.

La production d'hydrogène à partir de la biomasse résoudrait les problèmes de stockage et pourrait utiliser l'infrastructure de distribution de carburant existante aujourd'hui. L'éthanol, ainsi que le biométhane, le méthanol et l'ammoniac, peuvent être utilisés comme "vecteurs stables" de l'hydrogène, qui, après être passé par un processus appelé reformage, peut libérer de l'hydrogène et de l'eau. De cette manière, nous pouvons directement remplir le véhicule d'éthanol et obtenir l'hydrogène via un reformeur installé dans le véhicule lui-même, ou utiliser des reformeurs plus grands installés dans les stations-service, qui alimenteraient directement les véhicules en hydrogène.

Compte tenu du portefeuille de produits de la filière sucre-énergie, on peut produire de l'hydrogène à partir d'éthanol, de l'électricité excédentaire et du biométhane produit à partir de tourteaux et de vinasse. En adoptant le scénario de production agricole 2021-2022, nous pouvons calculer le potentiel de l'hydrogène, laissant la production de sucre intacte. En supposant une récolte de 660 millions de tonnes de canne à sucre, avec 41 millions de tonnes de sucre et 31,5 millions de mètres cubes d'éthanol (base anhydre) et 380 millions de mètres cubes de vinasse.

Pour l'évaluation potentielle, on peut considérer ces usines optimisées pour une consommation de vapeur de process de l'ordre de 450 kilogrammes de vapeur par tonne de canne et utilisant des chaudières à haute pression (pression de fonctionnement de 67 kilogrammes-force par centimètre carré et température de vapeur de 500 degrés centigrade), ce qui permettrait une production excédentaire de 33 000 gigawattheures d'énergie électrique.

La conversion de l'éthanol, du biométhane issu de la vinasse et de l'électricité excédentaire entraînerait la production de 5,42 millions de tonnes d'hydrogène. A ce potentiel, on peut ajouter 1,79 million de tonnes d'hydrogène, provenant de l'éthanol de deuxième génération. Cette production est issue de la paille, en respectant la limitation de l'utilisation à 50% du potentiel pour préserver les bénéfices agronomiques de la couverture du sol.

Au total, le potentiel est de 7,2 millions de tonnes d'hydrogène (11,9 kilogrammes d'hydrogène par tonne de canne soit 0,82 tonne d'hydrogène par hectare), on peut alors faire une comparaison de la participation à la matrice énergétique avec ce que représente l'éthanol aujourd'hui. L'éthanol représente environ 16% de la consommation énergétique des combustibles liquides au Brésil, compte tenu du potentiel énergétique et pas seulement du volume.

Profitant du potentiel hydrogène de la production de canne à sucre installée aujourd'hui, cette part représenterait 40% de l'énergie consommée, essentiellement en raison de l'augmentation de l'efficacité de la production d'énergie par les piles à combustible. Si la canne à sucre est utilisée uniquement pour la production d'éthanol et d'énergie, le potentiel de production d'hydrogène s'élève à 16,6 kilogrammes d'hydrogène par tonne de canne (1,2 tonne d'hydrogène par hectare). Pour que la matrice combustible liquide soit 100% hydrogène, il faudrait 480 millions de tonnes de canne à sucre, soit une extension de 6,5 millions d'hectares.

Évidemment, cette expansion est très importante, mais si l'on considère une efficacité accrue dans la production de canne à sucre, ou même l'utilisation de variétés qui augmentent la production par hectare, même si elles sont dirigées vers la biomasse, la part des carburants renouvelables augmentera. Autre point à noter, l'éthanol peut bien fonctionner comme « vecteur hydrogène », évitant les investissements en utilisant les infrastructures de distribution et de stockage qui existent aujourd'hui.