La méthode de production de l’hydrogène vert impose au minimum deux constantes permettant d’appeler cet hydrogène comme étant « vert ». La méthode utilisée (électrolyse de l’eau) nécessite une électricité obligatoirement issue d’une production renouvelable.
Nous verrons donc ce qu’est précisément l’hydrogène vert et quelles sont les contraintes liées à sa production. Nous pourrons ainsi estimer l’importance de l’électricité au sein de cette production pour un combustible propre et sans émissions de gaz à effet de serre qu’est l’hydrogène vert. Ainsi, une fois l’importance de l’électricité établie, nous comprendrons pourquoi la filière des énergies renouvelables est indispensable au développement de l’hydrogène vert.
Nous pourrons alors nous intéresser à ces énergies renouvelables ainsi qu’à la bonne utilisation de ces dernières au sein de la nécessaire transition énergétique (qui a déjà lieu en France comme dans d’autres pays d’Europe ou ailleurs dans le monde). Nous serons alors à même de mieux comprendre l’impératif écologique lié au plan de production d’hydrogène vert.
L’hydrogène vert possède ses caractéristiques de production
L’hydrogène (qu’il soit vert, gris, bleu, jaune, etc.) reste chimiquement de l’hydrogène (H2). Il occupe une place dans le tableau périodique des éléments de Mendeleïev et ne souffre aucune ambiguïté quant à sa composition chimique. Il est l’élément chimique le plus abondant de l’univers, mais également le plus simple (noyau à un seul proton autour duquel ne gravite qu’un seul électron).
Les couleurs qui permettent de définir l’hydrogène produit de manière artificielle correspondent à la méthode de production ainsi qu’à la source d’énergie utilisée par les procédés retenus. C’est donc comme une appellation permettant de bien identifier le produit selon la nature de sa production. Tel un bateau produit par « contre moulage » ou encore un plastique produit par « coulage » ou par « extrusion », etc.
Hydrogène décarboné: une solution prometteuse pour les collectivités
L’hydrogène décarboné se présente comme une solution prometteuse pour l’industrie mais aussi pour les collectivités. C’est tout l’objet des pages de ce livre blanc.
Les modes de production de l’hydrogène
Il existe trois grandes techniques permettant la production d’hydrogène :
- l’électrolyse de l’eau (qui ne rejette aucun carbone) ;
- le vaporeformage d’un gaz carboné (type méthane fossile ou méthane issu de la décomposition de la biomasse) ;
- la gazéification du charbon (rejetant de l’hydrogène et du gaz carboné sous forme de CO2).
Il existe d’autres techniques, mais dans le principe, ces trois méthodes sont maîtrisées par l’industrie. La première des deux grandes problématiques de toutes les techniques connues de production d’hydrogène reste qu’une seule ne produit pas de carbone (l’électrolyse de l’eau). Tandis que les autres scindent l’hydrogène à des matières carbonées ou azotées et rejettent en conséquence des gaz à effet de serre lors du procédé chimique de séparation de l’hydrogène.
Par exemple, lors de la production d’une tonne d’hydrogène par solution de vaporeformage d’un gaz carboné de type méthane, ce ne sont pas moins de 11 tonnes de CO2 qui sont ainsi produites. Le bilan carbone est désastreux. Un hydrogène ainsi produit portera le nom d’hydrogène « gris ».
L’énergie au service de la production d’hydrogène
La seconde grande problématique du secteur de la production d’hydrogène est le recours inévitable à une source d’énergie conséquente pour produire l’hydrogène. Comme dans toute transformation chimique, l’énergie rentre en ligne de compte et le fait de briser les liaisons atomiques de l’hydrogène (pour l’isoler de toute molécule) requiert une énergie définie. Par exemple, par l’électrolyse de l’eau, on estime que la production d’un kilo d’hydrogène nécessite 58 kWh d’électricité.
Mais lorsque l’on utilise des énergies fossiles pour chauffer une étuve (dans le cas d’une production d’hydrogène par vaporeformage) ou que l’on utilise de l’électricité provenant des centrales à charbon ou à gaz même pour faire de l’électrolyse de l’eau, alors l’hydrogène produit est corrélé à une production de CO2 et donc de gaz à effet de serre.
L’hydrogène vert est donc le seul hydrogène produit par électrolyse de l’eau et grâce à de l’électricité renouvelable. Ces deux critères sont cumulatifs pour pouvoir garantir la non-production de gaz à effet de serre, et ce, à n’importe quel niveau de la production.
Les sources d’énergie renouvelable pour l’hydrogène vert
Comme nous l’avons vu, seule la solution d’électrolyse de l’eau peut convenir à la production d’hydrogène vert puisque non émettrice de carbone. Mais cette solution impose une énergie électrique nécessaire à la production chimique de l’hydrogène vert (pour briser les liaisons atomiques de l’hydrogène [H2] et de l’oxygène [O] contenus dans l’eau [H2O]).
Or, il est établi par le Code de l’énergie que seule l’électricité issue des énergies renouvelables peut correspondre à la production de l’hydrogène vert par électrolyse de l’eau. Un tel raisonnement s’appuie sur la logique que l’hydrogène produit grâce à une électricité carbonée (centrale à charbon ou à gaz) ne peut pas avoir un bilan carbone satisfaisant. De ce fait, le combustible produit (bien qu’exempt de carbone dans sa composition) n’est pas écologique, et ce quels que soient ses usages.
Il reste donc à définir ce que sont ces énergies renouvelables au sens du Code de l’énergie, article L211-2.
L’énergie renouvelable de type éolienne
En France comme ailleurs en Europe ou dans le monde, les parcs éoliens ont fleuri ces dernières décennies. En France, majoritairement partagé entre les Hauts-de-France, l’Occitanie et le Grand Est, l’ensemble du parc éolien a délivré 36 TWh en 2020, soit environ 8 % de la consommation nationale.
Le développement de ces parcs se poursuit même avec les parcs offshore tels que dans la baie de Saint-Brieuc ou au large de Saint-Nazaire.
L’énergie renouvelable photovoltaïque
Les panneaux solaires ont progressé également dans le paysage de France. Les projets se maintiennent à bon rythme et les solutions d’autoconsommation comme de raccordement au réseau se conjuguent. Pour ordre d’idée, à fin 2020, les installations raccordées ont produit 12,6 TWh sur l’ensemble du territoire, soit approximativement 2,5 % de la production nationale d’électricité.
L’énergie hydro-électrique
Importante en France grâce à des installations multiples (barrage de l’Aigle, de Monteynard, etc.), la production d’électricité hydro-électrique en 2020 a atteint 58,4 TWh soit approximativement 13,5 % de la consommation nationale annuelle.
Les autres énergies renouvelables
Il existe d’autres énergies renouvelables selon le Code de l’énergie. Ainsi, l’énergie géothermique, l’énergie marémotrice, l’énergie ambiante, etc., sont autant d’énergies renouvelables qui peuvent être utilisées pour la production de l’hydrogène par électrolyse de l’eau.
Toutes ces énergies :
- ne produisent aucun carbone gazeux ou solide ;
- n’exploitent aucune ressource fossile ;
- n’épuisent aucun stock énergétique établi.
La logique d’utilisation des énergies renouvelables pour la production d’hydrogène vert est nécessairement conjuguée à la seule méthode de production par électrolyse de l’eau, afin de garantir un combustible sans aucun carbone. L’avenir climatique et le bien-être des habitants de la planète dépendent en partie de la capacité à produire un combustible bon marché qui ne pollue ni à la production ni à l’utilisation.
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