À quoi sert l'hydrogène dans l'industrie chimique ?
L'hydrogène est essentiel dans tous les secteurs de la chimie et de la pétrochimie. Son utilisation comme matière première, intervient dans de nombreuses réactions catalytiques, sert à désulfurer les produits du pétrole et agit comme agent désoxydant pour la production de bioplastiques, entre autres. L'hydrogène produit à partir de sources d’énergie renouvelable est un vecteur majeur pour la décarbonation des processus de l’industrie chimique.
Points clés
• Matière première : l'hydrogène (H₂) entre en jeu dans la production de l'ammoniac, du méthanol et des carburants de synthèse (e-fuels), entre autres.
• Hydrogénation catalytique : il permet par exemple de casser les liaisons carbone dans la biomasse pour produire des bioplastiques.
• Raffinage et désulfuration : il est utilisé pour éliminer le soufre des carburants et pour transformer les fiouls lourds en fiouls légers avant le raffinage
L'hydrogène est utilisé traditionnellement en chimie industrielle car nécessaire pour la production de méthanol et d'ammoniac. Aujourd'hui, grâce à l'hydrogène produit par l'électrolyse de l'eau ou le vaporeformage de biométhane avec énergie renouvelable ou énergie décarbonée, est possible d'obtenir du méthanol et de l'ammoniac nécessaire pour décarboner plusieurs secteurs d'activité, comme l'agriculture (engrais), la mobilité (e-fuels), etc.
Grâce à ses propriétés physico-chimiques, il est utilisé comme agent réducteur, par exemple dans les processus d’hydrogénation des huiles industrielles ou agroalimentaires. Un usage particulièrement intéressant est l'hydrogénation des huiles usagées pour les recycler en biocarburants.
Les nouvelles technologies de fabrication de bioplastiques s'appuient aussi sur l'hydrogène, idéalement produit à partir de sources énergétiques renouvelables.
Comment l'hydrogène est-il utilisé dans l'industrie chimique ?
L'hydrogène est une matière première de la chimie de base. Combiné à l’azote, il permet d’obtenir l’ammoniac (NH3), qu’est largement utilisé pour produire des engrais, des solvants, des plastiques, et qui sert également de vecteur énergétique.
L'utilisation de l'hydrogène combiné au dioxyde de carbone (CO2) permet de produire du méthanol de synthèse et des e-carburants.
La chimie fine, qui fabrique des molécules très complexes et très pures pour la pharmacie, la cosmétique, etc., s'appuie sur de l'hydrogène ultrapur à 99,999 % en mole (N50) ou 99,9999 % en mole (N60) en tant qu'agent réducteur et lors des réactions catalytiques.
En chimie de spécialité (vernis, colles, lubrifiants, détergents, bioplastiques, etc.), l'hydrogène est aussi utilisé pour synthétiser des molécules.
Il permet aussi de modifier les propriétés des matières, comme dans l'hydrogénation des corps gras pour l'industrie ou l'agroalimentaire ; ou à traiter les biomasses (par exemple : l'hydrodésoxygénation) pour produire des bioplastiques.
Pourquoi la pureté de l'hydrogène est-elle critique pour la chimie ?
Le besoin de pureté de l'hydrogène et la nature des impuretés tolérées sont différents en fonction du procédé chimique considéré.
Les réactions catalytiques requièrent un hydrogène ultrapur sans soufre, sans azote, sans CO ni CO2. Une pureté au ppm (partie par million) ou ppb (partie par milliard) est indispensable pour protéger les catalyseurs à base de métaux précieux et éviter leur perte d’efficacité anticipée. Cela limite aussi les risques de contamination du produit final en réduisant le risque de création de sous-produits non désirés pendant la réaction catalytique.
La qualité N40 est souvent préconisée pour fabriquer l’ammoniac. En plus des impuretés déjà citées, la présence d’argon doit être surveillée, tandis que l’azote n’est pas considéré comme une impureté critique.
L’hydrogénation des corps gras utilisés dans l’industrie chimie, (excluant l’agro alimentaire, pharmacie et les secteurs assujettis à une réglementation spécifique sur les ingrédients utilisés) requiert un hydrogène de qualité supérieure à 99,9 % en mole (N30). L’attention se porte sur les impuretés déjà mentionnées, ainsi que sur la présence d’oxygène et d’eau, qui peuvent dégrader la matière grasse.
Quelles sont les typologies d’approvisionnement en hydrogène pour les sites chimiques ?
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