Hydrogène « vert », quels impacts pour l’ingénierie ?

L'hydrogène vert est un gaz produit à partir d'une énergie renouvelable en utilisant la technique de l'électrolyse de l'eau. Cette méthode permet de séparer l'eau en oxygène et en hydrogène en utilisant un courant électrique.

Pour être qualifié de "vert", l'hydrogène doit être produit en utilisant de l'électricité d'origine renouvelable, telle que l'énergie éolienne ou solaire. Il se distingue ainsi de l'hydrogène "gris", qui est produit à partir de sources fossiles comme le gaz naturel ou le charbon.

L'hydrogène vert présente plusieurs avantages potentiels. Au-delà de ses atouts écologiques, il pourrait résoudre le défi du stockage à long terme des énergies renouvelables. Étant donné que l'énergie éolienne et solaire sont variables, l'hydrogène peut être stocké pendant les périodes de surplus de production dans des réservoirs ou des stockages souterrains. De plus, l'hydrogène ne génère pas de déchets, ce qui constitue un avantage supplémentaire par rapport à d'autres sources d'énergie.

Ce verdissement de l'hydrogène ouvre la voie à de nouvelles applications, telles que les transports routiers, maritimes et ferroviaires, ainsi que l'intégration de l'hydrogène dans les réseaux de gaz naturel.

Ces développements accélèrent les perspectives de croissance de la demande en hydrogène, qui pourrait représenter entre 8% et 24% de la demande globale d'énergie en Europe d'ici 2050, contre environ 1% actuellement.

Quels secteurs pourraient bénéficier en priorité de l'utilisation de l'hydrogène vert ?

En premier lieu, l'hydrogène vert peut remplacer l'utilisation actuelle de l'hydrogène "gris" dans certains processus chimiques et le raffinage des produits pétroliers.

De plus, il peut être utilisé dans d'autres industries qui n'utilisent pas encore beaucoup l'hydrogène. Par exemple, dans la sidérurgie, l'hydrogène peut remplacer le charbon pour la production d'acier. On peut également envisager des substitutions similaires dans la métallurgie et d'autres processus chimiques.

Les transports, responsables de 30 % des émissions de CO2 en France, sont également un domaine d'application important. En effet, l'électricité n'est pas la seule solution pour remplacer les moteurs thermiques. L'hydrogène peut alimenter les piles à combustible qui alimentent les moteurs électriques.

L'hydrogène semble particulièrement adapté aux transports lourds tels que les camions, les trains et les avions. Les batteries sont moins adaptées à ces modes de transport en raison de leur volume et de leur poids important. Par conséquent, l'utilisation de l'hydrogène pour remplacer le diesel dans les camions, par exemple, est une idée intéressante.

Des expérimentations sont déjà en cours, la SNCF a commandé une dizaine de trains à hydrogène qui circuleront à partir de 2025 sur des lignes non électrifiées.

Dans le domaine du transport aérien et maritime, l'hydrogène est envisagé pour la production de carburants de synthèse à faible teneur en carbone.

L'hydrogène vert présente également certains inconvénients :

1. Rendements faibles : Le processus de production d'hydrogène par électrolyse entraîne une perte d'énergie d'environ 30 %. Lorsque cet hydrogène est utilisé pour produire de l'électricité via une pile à combustible ou une turbine, une conversion supplémentaire d'environ 30 % à 40 % de l'énergie est perdue. Au total, lorsqu'il est utilisé comme vecteur intermédiaire pour le stockage d'électricité plutôt qu'une utilisation directe, environ deux tiers de l'électricité sont perdus au cours des transformations.

2. Risques d'accident : L'hydrogène est un gaz explosif et inflammable. Les risques de fuite sont plus importants qu'avec d'autres gaz, et il est difficile, voire impossible, de rendre totalement étanches les réservoirs qui le contiennent. Cela soulève des préoccupations en matière de sécurité.

3. Rentabilité incertaine : Les coûts de production actuels de l'hydrogène vert sont encore trop élevés pour être compétitifs par rapport à l'hydrogène "gris", ce qui explique pourquoi ce dernier est encore largement utilisé. À long terme, la création d'un système performant d'hydrogène bas-carbone serait un atout pour décarboner des secteurs difficiles à électrifier, tels que l'industrie et le transport de marchandises, et répondre aux besoins croissants de stockage de l'énergie dans les scénarios de forte expansion des énergies renouvelables.

Pour passer à grande échelle, le déploiement de l'hydrogène vert doit surmonter plusieurs barrières techniques, économiques et réglementaires :

1. Intégration dans les réseaux de gaz naturel : Les spécifications actuelles limitent généralement la part d'hydrogène dans les réseaux de gaz naturel à environ 6% en volume. Pour augmenter cette proportion à 10% voire 20% d'ici 2030, il faudra mettre à jour les spécifications du gaz et coordonner les efforts à l'échelle européenne pour maintenir les échanges transfrontaliers. Au-delà de 20%, des investissements importants seront nécessaires pour adapter les infrastructures existantes.

2. Infrastructures dédiées à l'hydrogène : La création d'infrastructures spécifiques pour la production, le transport et le stockage de l'hydrogène vert nécessitera des investissements significatifs et la définition d'un cadre de développement et d'exploitation approprié.

3. Adaptation ou remplacement des équipements aval : Les équipements qui utilisent actuellement le gaz naturel ne sont pas toujours compatibles avec des proportions élevées d'hydrogène. Par exemple, les chaudières à gaz sont actuellement testées avec un maximum de 23% d'hydrogène, et certaines installations sensibles comme les stations GNV (Gaz Naturel Véhicule) nécessiteront des adaptations.

Le verdissement de l'hydrogène et le développement de nouveaux usages créent également de réelles opportunités le long de la chaîne de valeur. Les acteurs traditionnels de l'énergie ainsi que de nouveaux entrants se lancent dans de nouvelles solutions de production d'hydrogène à partir de l'électrolyse. De nouveaux métiers liés au transport et au stockage de l'hydrogène émergent également. En aval, différentes filières se structurent pour l'industrie, la mobilité (notamment les véhicules lourds) et le chauffage. Les acteurs de l'automobile investissent également dans des technologies liées à l'hydrogène.

Ces développements indiquent un fort potentiel de croissance et d'innovation dans le secteur de l'hydrogène, tout en soulignant la nécessité de surmonter les obstacles existants pour permettre une transition vers une utilisation plus répandue de l'hydrogène vert.