Hydrogène vert : une solution d’avenir ?
L’hydrogène est un gaz inodore et incolore qui n’existe pas à l’état pur. Aujourd’hui, il existe près de 9 façons de produire de l’hydrogène qui sont catégorisées par un système de couleurs. Les experts ont choisi de se focaliser sur la méthode la plus vertueuse, par électrolyse de l’eau, afin de créer de l’hydrogène vert.
Qu’est-ce que l’hydrogène vert ?
L’hydrogène vert est une nouvelle solution énergétique d’avenir qui a le vent en poupe.
En effet, la méthode de fabrication de l’hydrogène vert n’émet que très peu de CO2 et donne ainsi accès à de l’hydrogène à faible empreinte carbone.
Elle correspond au dihydrogène produit par électrolyse de l’eau (processus chimique qui consiste à décomposer de l’eau, en hydrogène et oxygène, via un courant électrique), à partir d’une source d’énergie renouvelable ou bas carbone (renouvelable ou nucléaire).
Au sens large, on parle d’hydrogène propre, produit de manière décarbonée. Il convient de préciser que l’hydrogène n’est pas une source d’énergie au sens littéral, mais plutôt un vecteur énergétique.
Celui-ci s’inscrit parfaitement dans la nouvelle vision de la France, qui a pour objectif d’atteindre la neutralité carbone d’ici 2050, en réduisant ses émissions de CO2, notamment en consommant moins d’énergie.
Aujourd’hui, cette “façon” de produire de l’hydrogène est en plein développement et de nombreux projets d’implantation sont en cours en France.
Selon un rapport de décembre 2022 par France Hydrogène (un regroupement de 460 acteurs de la filière), la France développe actuellement 250 projets de production d’hydrogène renouvelable dans 12 régions métropolitaines. Les régions Provence-Alpes-Côte d’Azur, Hauts-de-France et Auvergne-Rhône-Alpes ont une légère avance dans ce domaine.
D’ici 2030, ces projets pourraient aboutir à une production annuelle de 1 070 000 tonnes d’hydrogène renouvelable. Environ 815 000 tonnes seraient utilisées par l’industrie, avec la moitié servant à produire des molécules de synthèse telles que l’e-méthanol, les e-carburants et l’e-méthane (carburants de synthèse).
Ainsi, le développement de cette filière semble avoir de beaux jours devant lui. Mais cette vision plutôt idyllique est à nuancer !
Une production qui nécessite beaucoup de ressources !?
Le paradoxe de l’hydrogène est qu’il nécessite de produire d’importantes quantités d’énergie pour pouvoir en obtenir. Il faut utiliser un composant contenant de l’hydrogène et solliciter une source d’énergie (le plus souvent de l’électricité).
Aujourd’hui, la majorité de l’hydrogène consommé en France est issue de l’extraction chimique des combustibles fossiles, principalement du méthane, du charbon et des coupes pétrolières. En effet, cette méthode de production du dihydrogène présente l’avantage d’un coût compétitif.
Néanmoins, ce processus engendre des émissions de CO2 qui excèdent généralement plus de dix kilogrammes de CO2 par kilogramme d’hydrogène produit. Ainsi, cela n’est pas en adéquation avec les objectifs de réduction des émissions de gaz à effet de serre évoqués ci-dessus.
La solution est donc de produire du dihydrogène par Électrolyse de l’eau (Hydrogène vert). Mais la production se fait au détriment de l’électricité injectée sur le réseau électrique avec cette méthode.
En 2021, plusieurs signes suggéraient déjà que la viabilité économique à grande échelle de la filière hydrogène “verte” était incertaine :
- Des rendements médiocres de récupération énergétique
- Des difficultés de stockage de l’énergie
- Une faible capacité des électrolyseurs (appareils qui permettent de réaliser l’électrolyse de l’eau pour produire l’hydrogène vert) à absorber les fluctuations rapides des énergies vertes (éolienne et solaire)
Pour que la filière justifie d’un intérêt énergétique et écologique, des progrès technologiques sont nécessaires dans les piles à combustible (générateurs électrochimiques utilisés pour produire une tension électrique lors de la fabrication de l’hydrogène vert).
Notamment, en intégrant des cycles de cogénération (production simultanée d’électricité et de chaleur utile à partir d’une même source d’énergie) pour récupérer la chaleur et améliorer le rendement de l’hydrogène.
Cette énergie représenterait donc une opportunité intéressante, mais seulement si elle est réservée à des secteurs/usages en particulier.
Le futur de l’hydrogène vert :
Nous l’avons vu précédemment, l’hydrogène vert semble être une bonne solution énergétique pour l’avenir. Mais cela va demander du temps !
Dans la conclusion de son rapport du 30 juin 2020, l’académie des technologies, société savante française, résumait l’état de l’art de la filière de l’hydrogène vert : « Le développement de la filière hydrogène relève du temps long. Des perspectives séduisantes sont ouvertes ; mais leur point d’arrivée n’est pas acquis. Il convient d’accepter que de nombreux travaux de développement n’aboutissent que dans les décennies à venir ; et on ne connaît pas les résultats. »
Aujourd’hui, l’hydrogène vert est utilisé principalement dans l’industrie du raffinage, la production de méthanol et la production d’ammoniac pour la fabrication d’engrais (près de 70%, d’après le cabinet Carbone 4).
Mais on peut imaginer qu’il serve pour d’autres usages comme le secteur du transport qui est l’un des secteurs émettant le plus de CO2.
Selon une infographie issue du rapport annuel 2022 du haut conseil pour le climat, les transports étaient le secteur émettant le plus de gaz à effet de serre en 2021 avec près de 30%, dont une grosse part venant du transport routier.
C’est pourquoi les voitures, camions, avions, trains ou bateaux roulant à l’hydrogène sont en plein développement.
Pour le secteur aérien, une étude économique réalisée par le groupe de recherche Steer à la demande de T&E indique que les avions à hydrogène pourraient coûter moins cher que les avions utilisant du carburant fossile en 2035, à condition que le kérosène soit taxé de manière adéquate.
Pour le secteur des transports routiers, des projets sont en route chez les principaux constructeurs (Mercedez-Benz, Volvo Trucks, Renault Trucks ou encore DAF). Ils pourraient voir le jour dans la seconde moitié de la décennie. Mais l’utilité de l’hydrogène dans ce secteur est plutôt faible, tous comme le secteur ferroviaire, puisque ces deux secteurs vont plutôt se décarboner grâce à l’électrification, d’après une étude du cabinet Carbone 4.
Pour la voiture, plusieurs constructeurs ont lancé des projets (BMW iX5 hydrogène, Hopium Machina, NamX HUV) dont certains sont déjà commercialisés (Hyundai Nexo et Toyota Mirai).
Enfin, le secteur maritime, aura un besoin certain en hydrogène bas-carbone pour suivre sa trajectoire future (pour la production de e-GNL et e-méthanol).
Idem pour le secteur de la sidérurgie qui l’utiliserait pour la réduction directe du minerai de fer dans la fabrication d’acier.
En juillet 2020, l’Union européenne a proposé le “Plan hydrogène” dans le cadre de la “Stratégie de l’hydrogène pour une Europe climatiquement neutre”, qui fixe les orientations pour le développement de la filière hydrogène. Ce plan prévoit l’installation d’électrolyseurs d’une capacité totale de 6 GW d’ici 2024, permettant de produire 1 million de tonnes d’hydrogène par an.
D’ici 2030, cette capacité devrait être portée à 40 GW, permettant la production de 10 millions de tonnes d’hydrogène renouvelable.
En ce qui concerne la France, le pays s’est engagé à investir deux-milliards d’euros dans le secteur en 2022, et prévoit de consacrer sept-milliards d’euros d’ici 2030, dans le cadre de son plan de relance établi en 2020. Des investissements qui visent à soutenir activement le développement de l’hydrogène en France pour le futur.