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Technologie & High-Tech

Ce qu’il faut savoir sur l’hydrogène

Dans l’éventail des solutions pour se passer des énergies fossiles, l’hydrogène représente une alternative prometteuse à condition qu’il soit « bas carbone » voire renouvelable. Quelles sont les techniques de production de l’hydrogène ? Pour quel bilan carbone ? Les couleurs de l’hydrogène permettent d’identifier les procédés de production de l’hydrogène selon la quantité de CO2 émise.

L’hydrogène : c’est quoi ? 

L’hydrogène (H) est un gaz inodore, incolore et très enflammable. De tous les éléments chimiques, c’est le plus léger. Il est non toxique et non corrosif et ont le trouve à l’état naturel, généralement combiné avec d’autres atomes : dans l’eau (H2O), le pétrole (hydrocarbures HC) ou encore le gaz naturel (composition CH4). C’est le principal constituant du soleil, il est également à la source de la formation des étoiles ! L’élément le plus abondant de l’univers est pourtant très peu présent à l’état naturel sur notre planète.

Quels usages ?

Exploité depuis le 19e siècle pour alimenter des réseaux d’éclairage des villes puis pour propulser la fusée Ariane, l’hydrogène est utilisé depuis des décennies dans l’industrie où il sert notamment de matière de base pour la production d’ammoniac et de méthanol, et pour le raffinage des produits pétroliers, carburants et biocarburants. Le marché mondial de l’hydrogène industriel s’élève à 74 millions de tonnes par an, ce qui ne représente que 2% de la consommation mondiale d’énergie. 

Un fort potentiel

L’hydrogène, qui renferme trois fois plus d’énergie que l’essence, est considéré par certains comme le « carburant du futur ». Utilisé avec une pile à combustible, pour produire de l’électricité, l’hydrogène est utilisable comme « vecteur d’énergie » pour les transports, la production d’électricité et le stockage d’énergie.

Stockage des EnR

L’hydrogène est le moyen de stockage des énergies renouvelables électriques intermittentes le plus prometteur. Il permettra de stocker l’électricité produite par l’éolien ou le solaire de manière à faire coïncider l’offre et la demande. Et ouvrira de nouvelles perspectives pour l’autoconsommation des EnR (Énergies Renouvelables).

Comment le produit-on ?

Pour produire de l’hydrogène, il faut un composant contenant de l’hydrogène (gaz naturel, pétrole, charbon, eau) et une source d’énergie (hydrocarbures ou électricité). Aujourd’hui, les méthodes utilisées (le reformage du gaz naturel par de la vapeur d’eau surchauffée ou la gazéification par combustion) émettent du CO2. Mais demain, l’électrolyse de l’eau sera propre pour l’environnement, même si cette méthode est onéreuse pour l’instant.

Couleurs Technologie Source d’énergie ou d’électricité Empreinte carbone* Terminologie**
Production via biomasse Vert Thermolyse Biomasse

Basse

(< 3 kg CO2/kgH2)

Hydrogène renouvelable
Vaporeformage Biométhane
Production via électricité Electrolyse de l’eau Solaire, éolien, hydroélectricité

Minimale

(< 2 kg CO2/kgH2)

Rose Nucléaire Hydrogène bas-carbone
Jaune Réseau électrique (nucléaire)

Basse

(< 3 kg CO2/kgH2)

Production via énergies fossiles Bleu Vaporeformage Gazéification Gaz naturel (piégeage du carbone), Charbon
Turquoise Pyrolyse Gaz naturel

Noir de carbone

(co-produit)

/
Gris Vaporeformage

Élevée

(environ 11 kg CO2/kgH2)

Hydrogène carboné
Marron Gazéification Lignite

Très élevée

(> 20 kg CO2/kgH2)

Noir Charbon bitumeux

Quels risques ?

Un cadre spécifique pour les stations-service distribuant de l’hydrogène va être mis en œuvre pour clarifier les réglementations relatives à la sécurité et à la prévention des risques : l’hydrogène est inflammable mais le retour d’expérience permet désormais d’avoir des normes adaptées, comme cela a été le cas pour le GPL et le GNC.

Vers une production décarbonée

95 % de l’hydrogène est encore produit à partir d’énergies fossiles. Cette solution, la plus rentable, émet beaucoup de CO2. A contrario, le développement à un coût abordable de « l’hydrogène vert » (produit par électrolyse à partir de sources d’énergies renouvelables) permettra à très court terme de rendre la décarbonation économiquement intéressante pour les industries fortement émettrices de CO2 (verrerie, sidérurgie, ciment) mais également accélérer la décarbonation des transports et machines non routières.

Un plan d’action gouvernemental

Avec la stratégie nationale pour le développement de l’hydrogène décarboné annoncée par le Gouvernement en 2020 et le plan France 2030, la France se donne les moyens, à hauteur de 9 milliards d’euros, en s’appuyant sur ses laboratoires de recherche et ses industriels à la pointe de l’innovation, de créer une filière compétitive d’hydrogène renouvelable et bas carbone, et de devenir un des leaders mondiaux de l’hydrogène décarboné par électrolyse. 

Programmation pluriannuelle de l’énergie des zones non interconnectées

Le Gouvernement souhaite donner un signal fort en faveur de l’hydrogène en proposant des objectifs liés à l’hydrogène dans la seconde programmation pluriannuelle de l’énergie (PPE) de certaines zones non interconnectées où le stockage doit d’ores et déjà être développé sur le réseau.

Horizon 2050

En France, à l’horizon 2050, l’hydrogène pourrait répondre à 20 % de la demande d’énergie finale et réduire les émissions annuelles de CO2 de 55 millions de tonnes. L’hydrogène et les piles à combustible vont permettre de créer une industrie à part entière qui pourrait représenter un chiffre d’affaires d’environ 40 Md€ et plus de 150 000 emplois, compensant le risque de perte d’emplois qui pèse actuellement sur le secteur automobile (étude McKinsey).

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