Les États-Unis parient qu’ils peuvent forer de l’hydrogène respectueux du climat, tout comme le pétrole | Science

Un concept de cheval noir dans la course au développement de sources d’énergie propres et durables reçoit son premier investissement majeur de la part du gouvernement américain. Aujourd’hui, l’Advanced Research Projects Agency-Energy (ARPA-E), la branche à haut risque et à haute récompense du ministère de l’Énergie (DOE), a annoncé qu’il financerait 20 millions de dollars en subventions faire progresser les technologies d’extraction de l’hydrogène propre à partir des roches profondes. À l’heure actuelle, tout l’hydrogène mondial est fabriqué industriellement. Mais certains chercheurs ont conclu que, contrairement aux idées reçues, la Terre abrite de vastes gisements de gaz cela pourrait être exploité comme le pétrole – et ces réserves pourraient être stimulées en pompant de l’eau et des catalyseurs dans la croûte.

Le financement de l’ARPA-E « sera le plus grand investissement dans la R&D de cette nature dans le monde », déclare Yaoguo Li, géophysicien à la Colorado School of Mines qui envisage de postuler au programme. “C’est tellement nouveau que beaucoup d’autres agences et d’autres pays commencent tout juste à prendre conscience de cette possibilité.”

L’hydrogène présente des inconvénients en tant que source d’énergie : il est moins riche en énergie que le gaz naturel et occupe de grandes quantités d’espace. Mais les experts pensent qu’il pourrait remplacer les combustibles fossiles dans le transport longue distance et dans les industries lourdes telles que la sidérurgie, s’il pouvait être obtenu de manière respectueuse de l’environnement. Aujourd’hui, la majeure partie de l’hydrogène est fabriquée en combinant de la vapeur et du méthane dans des usines qui émettent du dioxyde de carbone (CO₂) et contribuent au réchauffement climatique. Les gouvernements soutiennent les efforts visant à produire de l’hydrogène de manière propre, soit en capturant le CO émis₂ et en la stockant sous terre (hydrogène bleu) ou en utilisant de l’électricité renouvelable pour diviser l’eau et récolter l’hydrogène obtenu (hydrogène vert). Plus tard cette année, le DOE prévoit de sélectionner jusqu’à 10 « hubs » d’hydrogène bleu et vert dans le cadre d’un programme de 8 milliards de dollars.

Mais l’hydrogène « géologique » ou « naturel » pourrait être moins cher et tout aussi propre. L’argent de l’ARPA-E est un bon début dans un domaine comportant de nombreuses inconnues, déclare Geoff Ellis, géochimiste à l’US Geological Survey (USGS) qui dirige un petit programme d’hydrogène géologique financé en interne. « À l’heure actuelle, nous partons essentiellement de presque zéro. C’est donc vraiment important pour relancer la recherche.

Pendant des décennies, peu de géologues pensaient que la Terre contenait d’importants gisements d’hydrogène, car le gaz est si facilement absorbé par les microbes ou modifié chimiquement sous d’autres formes. Mais les prospecteurs se dispersent désormais à travers le monde, stimulés par la découverte d’un énorme champ d’hydrogène sous un village du Mali et par des enregistrements suggérant des poussées déroutantes d’hydrogène presque pur dans d’anciens forages. Alors que les sociétés pétrolières et gazières ont tendance à exploiter des bassins relativement jeunes de roches sédimentaires, les chasseurs d’hydrogène sondent les cœurs cristallins et anciens des continents à la recherche de roches riches en fer censées alimenter la production d’hydrogène.

Le programme de subventions ne soutiendra pas la chasse aux gisements existants, car il est préférable de laisser cette tâche à l’USGS et à l’industrie, a déclaré Doug Wicks, directeur du programme ARPA-E. Au lieu de cela, il se concentrera sur les moyens de stimuler artificiellement l’une des principales réactions de production d’hydrogène, appelée serpentinisation, qui se produit lorsque l’eau rencontre des roches riches en fer à des températures et des pressions élevées. Les réactions transforment des minéraux tels que l’olivine en serpentine, libérant ainsi de l’hydrogène. « Comment pouvons-nous faire sortir l’hydrogène plus rapidement ? » » demande Wicks.

Le pompage d’eau ou de catalyseurs vers des roches mères pourrait aider. Un catalyseur naturel est la magnétite, produite lors de la serpentinisation de l’olivine. La magnétite peut catalyser des réactions ultérieures de production d’hydrogène avec l’olivine, explique Alexis Templeton, géochimiste à l’Université du Colorado à Boulder, qui envisage de postuler au programme. Certains microbes vivant en profondeur peuvent également catalyser la production d’hydrogène, dit-elle, et pourraient être mobilisés pour l’accélérer. Une grande partie de l’argent de l’ARPA-E devrait être consacrée à la modélisation et à la recherche en laboratoire visant à stimuler la production. Mais Templeton est heureux de constater que le programme financera également des recherches sur la surveillance des réactions et l’évaluation des risques liés à l’injection de substances dans la croûte. « Que faisons-nous et comment pouvons-nous surveiller et réglementer cela ?

D’autres bailleurs de fonds se joignent à la chasse. En juillet, la startup de l’hydrogène naturel Koloma est sortie du mode furtif avec 91 millions de dollars de capital-risque, y compris des investissements de Breakthrough Energy Ventures de Bill Gates. Templeton vient de remporter une subvention de la Fondation Grantham pour la protection de l’environnement pour explorer les moyens de stimuler la production d’hydrogène à des températures et des pressions plus basses. Cela pourrait permettre de générer du gaz à partir de gisements riches en fer trouvés près de la surface dans des endroits comme Oman.

Ellis affirme que les grandes compagnies pétrolières s’orientent désormais timidement vers ce domaine après l’avoir négligé pendant des années. «Nous arrivons peut-être à un point critique», dit-il. Ce mois-ci, l’USGS et la Colorado School of Mines lancent un consortium de recherche d’une valeur de plusieurs millions de dollars sur 5 ans, qui comprend le soutien d’entreprises telles que BP et Chevron.

Wicks affirme que les investissements de l’ARPA-E et de l’USGS « ajoutent un niveau de crédibilité » à ce domaine en croissance rapide. Au début, dit-il, « j’étais totalement sceptique ». Mais cela a changé après que lui et un collègue ont travaillé sur l’hydrogène et se sont plongés dans la littérature. Aujourd’hui, dit-il, « je suis fermement convaincu que ce sera une source d’énergie importante à l’avenir. »