L’hydrogène : la nouvelle ressource tendance

Le 03.10.2022

L’hydrogène est un pilier clé de la décarbonation du système énergétique mondial. Actuellement, la production d’hydrogène gris (créer par les énergies fossiles notamment le charbon), créée une réaction chimique qui libère de l'ordre de 10 kilogrammes de CO2 pour 1 kilogramme d'hydrogène gris produit. En France, la production d'hydrogène génère ainsi 3% des émissions nationales de CO2 et 26% des émissions du secteur de l'industrie du pays, précise un gouvernemental de 2018. L’objectif est donc de produire un maximum d’hydrogène vert (avec des énergies renouvelables), car contrairement à l'essence, au diesel et au gaz naturel, sa combustion avec l'oxygène de l'air produit uniquement de l'eau, absolument pure, aucun CO2 et pas la moindre particule. Il est également non toxique.

Qu’est ce que c’est ?

Son fonctionnement

L’énergie électrique de l’hydrogène est fournie par une pile à combustible. L'hydrogène est stocké sous pression dans les réservoirs dédiés du véhicule. Ce gaz (H2), ainsi que le dioxygène (O2) de l'air ambiant, alimente la pile à combustible. Ces deux gaz subissent une réaction électrochimique à l'intérieur de la pile. L’énergie ainsi produite, ainsi que l’énergie de la batterie, alimentent le moteur électrique de la voiture. Elle se déplace alors en silence et sans émission de gaz polluants, ni de CO2. Concernant la recharge de l’hydrogène, l’opération s’effectue dans des stations dédiées, grâce à des pompes capables d’injecter très rapidement de l’hydrogène, sous forme de gaz sous pression, à l’intérieur du réservoir.

Son utilisation

L’hydrogène est aujourd’hui principalement utilisé dans la production d’ammoniac, de méthanol, de carburant et pour le raffinage de produits pétroliers. Le marché mondial de l’hydrogène industriel s’élève à 70 millions de tonnes par an sur le marché français à près de 1 million de tonnes.Le problème de l’électricité solaire ou éolienne c’est qu’elle n’est pas forcément disponible quand on en a besoin et inversement. L’idéal est donc de pouvoir la stocker. C’est là que l’hydrogène entre en scène. Grâce aux progrès des électrolyseurs, on peut désormais produire de l’hydrogène « écologique » à un coût acceptable. l’hydrogène « vert », même trois fois moins cher à produire, sera toujours beaucoup plus cher pour l’automobiliste que l’électricité stockée dans une batterie.

Sa production

«Aujourd'hui, 95 % de l'hydrogène est produit à partir d’hydrocarbures (pétrole, gaz naturel et charbon), solution la moins coûteuse. Cependant, ce processus est, hormis pour la pyrolyse, émetteur de CO2, gaz à effet de serre. (…)»
Guy Maisonnier, ingénieur économiste, IFPEN

. Différentes techniques existent pour produire l’hydrogène :
- le reformage du gaz naturel à la vapeur d'eau est la technique la plus répandue. Il s’agit de faire réagir du méthane avec de l’eau pour obtenir un mélange contenant de l’hydrogène et du CO2.

- l’hydrogène peut aussi être produit à partir d’eau et d’électricité, c’est l’électrolyse de l'eau.

- la gazéification permet de produire, par combustion, un mélange de CO et d’H2 à partir de charbon.
Ces différents modes de production permettent de définir 4 hydrogènes différents :
- L’hydrogène vert est fabriqué par électrolyse de l’eau à partir d’électricité provenant uniquement d’énergie renouvelable ;


- L’hydrogène gris est fabriqué par procédés thermochimiques avec comme matières premières des sources fossiles (charbon ou gaz naturel) ;
- L’hydrogène bleu est fabriqué de la même manière que l’hydrogène gris, à la différence que le CO2 émis lors de la fabrication sera capté pour être réutilisé ou stocké ;
- L’hydrogène jaune, plus spécifique à la France, est fabriqué par électrolyse comme l’hydrogène vert mais l’électricité provient essentiellement de l’énergie nucléaire. 
L’ADEME a récemment suggéré de changer la terminologie. L’hydrogène qui était jusqu’ici appelé « vert » est désormais appelé « renouvelable », l’hydrogène « gris » devient « fossile », et enfin, les hydrogènes « bleu » et « jaune » sont regroupés sous l’appellation « bas-carbone ».
La France consomme aujourd’hui chaque année près de 900.000 tonnes d’hydrogène, en grande partie de l’hydrogène carboné, qui engendre de l’ordre de 9 millions de tonnes de CO2 par an. Combien d’électricité faudrait-il pour remplir un seul des objectifs de la stratégie européenne à l’horizon 2030, celui consistant à remplacer l’hydrogène fossile actuellement consommé par l’industrie européenne (pétrochimie et engrais) par de l’hydrogène issu de l’électrolyse à partir d’électricité renouvelable ?
En tenant compte des pertes liées à la compression et au transport, il faudrait 558 TWh d’électricité : l’équivalent de 86 réacteurs nucléaires ou 5.470 km² de panneaux photovoltaïques, soit la superficie du département de l’Ardèche.

Ses bienfaits pour l’environnement

A travers les transports

Selon le GIEC cela augmentera de façon assez significative la durée des voyages aériens. Plus encore si on y inclut les émissions indirectes: production d'Énergie et construction des infrastructures. Toujours selon le résumé technique du GIEC, 70% des émissions sont issues des transports routiers, 12% de l'aviation, 11% des transports maritimes, et 1% des transports ferroviaires.
Pour donner un exemple concret, en 2011 fut mis en circulation la ligne LGV Rhin-Rhône. Sa construction et mise en circulation a généré 1,9 million de teqCO2, dont 42% dues aux travaux et 53% а la production d'énergie pour la traction. La ligne deviendrait carbone positive aux alentours de 2024 c'est-à-dire que les émissions évitées seront supérieures aux émissions générées par sa conception, son exploitation et sa maintenance, c’est à dire 13ans après sa mise en circulation.
Pour développer la mobilité à partir d’hydrogène, il faudra :
- accompagner le développement d’une gamme de véhicules lourds routiers mais aussi pour d’autres modes (bateaux, trains, aéronautique).

- poursuivre la logique de flottes territoriales, sur la base de l’hydrogène produit dans la phase d’amorçage. A ce titre, le rôle des collectivités pour agréger les usages au sein de projets territoriaux, autour des industriels et des utilisateurs présents sur leur territoire est primordial. D’autres usages pourront d’ailleurs être envisagés dans ces projets territoriaux (par exemple, mise en commun d’usages industrie/mobilité).
Concernant l’avion qui est l’un des transport qui pollue le plus, l’hydrogène permettrait de le décarboner et de réduire l’impact de l’aviation sur le changement du réchauffement climatique. Cependant, il faudrait beaucoup plus d’hydrogène pour faire voler un avion et de plus grands réservoirs. Afin de limiter la taille de ces réservoirs, ces ailes volantes voleront moins vite. Cela augmentera de façon assez significative la durée des voyages aériens.Nous vous invitons à consulter notre article sur le mouvement écologique en marche des avions et trains :
Avion et Train ; le mouvement écologique en marche

Ses objectifs (et de mobilité) pour le futur

En France, à l’horizon 2030 l’hydrogène produit par électrolyse permettrait d’économiser plus de 6 Mt de CO2, soit l’équivalent des émissions de C02 de la ville de Paris. L’hydrogène et les piles à combustibles vont permettre de créer une filière industrielle qui pourrait générer entre 50 000 et 150 000 emplois directs et indirects en France.
Déployer des écosystèmes territoriaux de mobilité hydrogène, sur la base notamment de flottes de véhicules professionnels, avec l’introduction :
- de 5 000 véhicules utilitaires légers et 200 véhicules lourds (bus, camions, TER, bateaux) ainsi que la construction de 100 stations, alimentées en hydrogène produit localement à horizon 2023 ;

- de 20 000 à 50 000 véhicules utilitaires légers, 800 à 2000 véhicules lourds et 400 à 1000 stations à l’horizon 2028.
L’hydrogène représente à lui seul de nombreux enjeux dans 4 domaines différents :
* des enjeux environnementaux : l’hydrogène est pourvoyeur de nombreuses solutions pour décarboner l’industrie et les transports ;

* des enjeux économiques : l’hydrogène offre l’opportunité de créer une filière et un écosystème industriels créateurs d’emplois ;
* des enjeux de souveraineté énergétique pour réduire notre dépendance vis-à-vis des importations d’hydrocarbures ;
* des enjeux d’indépendance technologique pour valoriser les atouts dont dispose la France dans la compétition mondiale. Tout savoir sur l'hydrogène