Hydrogène vert et hydrogène : les différences

L’hydrogène (vert ou pas) est un sujet récurent au sein des différentes strates de la société (particuliers, entreprises et industrie, politiques, administrations, collectivités, associations, etc.). Les impératifs de transition énergétique nous amènent à reconsidérer nos sociétés modernes et nous interrogent sur notre capacité à anticiper les enjeux de demain tout en préservant les progrès acquis.

Les énergies ainsi que leurs prix représentent le principal enjeu qu’il nous faudra savoir appréhender. Issus de sociétés biberonnées aux énergies fossiles (charbon, gaz et pétrole), nos schémas de développement de production, de consommation, etc., sont la base de notre survivance telle que nous la connaissons. Mais la ressource se tarie (pic de pétrole atteint en 2008). Que ce soit en France, en Europe ou dans le monde entier, la dépendance aux énergies fossiles rabat les cartes d’un avenir incertain.

La production d’une nouvelle énergie disponible apparaît comme une évidence qui deviendra vite impérieuse. L’hydrogène est souvent évoqué lors des projections de déploiement énergétique. Puis, de manière plus précise, le terme « d’hydrogène vert » apparaît et se fait de plus en plus prégnant au sein des cercles professionnels comme auprès de ceux du grand public. Comme nous allons le voir, les références de l’hydrogène vert sont liées aux précisions du mode de production de cet hydrogène.

L’hydrogène se dévoile à tous

Bien que peu présent dans notre atmosphère (0.5 ppm), l’hydrogène est la molécule la plus présente dans notre univers (90 % des atomes et 75 % de la masse). Ce produit du « big-bang » occupe la place H11 du tableau périodique des éléments de Mendeliev. Potentiellement présente sous forme gazeuse à son état naturel, cette molécule est composée de deux atomes d’hydrogène (dont chacun ne compte qu’un seul proton dans son noyau et d’un seul électron satellite), d’où son appellation chimique : H2. La présence de ces deux atomes devrait orienter l’appellation de la molécule comme étant du dihydrogène. Mais la démocratisation du terme use plus aisément d’un nom générique admis : l’hydrogène. En plus d’être le plus répandu, l’hydrogène est également l’élément chimique le plus simple.

Sur Terre, l’hydrogène est principalement rattaché à d’autres atomes formant ainsi des composés chimiques différents :

• associé à de l’oxygène (O), deux atomes d’hydrogène (H) forment de l’eau (H2O) ;
• couplé avec de l’azote (N), trois atomes d’hydrogène (H) forment de l’ammoniac (NH3) ;
• en présence de carbone, (C), quatre atomes d’hydrogène (H) forment du méthane (CH4) ;
• etc.

En conclusion, sur Terre, l’hydrogène est principalement constitutif d’une molécule de laquelle il faut parvenir à l’extraire pour l’isoler. Bien que très présent, cela explique les coûts de production importants représentés par la création d’hydrogène. Car, comme dans toute transformation chimique, de l’énergie est requise pour réussir à « casser » les liaisons subatomiques des molécules. Or, c’est justement comme source d’énergie que l’on souhaite utiliser l’hydrogène produit, ce qui peut induire une récursivité négative.

 

 

 

L’énergie nécessaire à la production de l’hydrogène

Comme expliqué précédemment, il faut qu’une énergie soit présente pour dissocier les atomes d’hydrogène des molécules dont ils font partie. Cette énergie peut être :

• d’origine naturelle (diagenèse et radiolyse) qui permet la création de flux d’hydrogène au sein du manteau de la planète ;
• d’origine artificielle (électricité pour électrolyse ou autre source de chaleur émanant des énergies fossiles).

L’énergie utilisée va donc dépendre du mode de production d’hydrogène retenu ainsi que de son coût bien évidemment. Car, que l’on souhaite réaliser de l’hydrogène au moins cher possible du marché ou de l’hydrogène « vert » (c’est-à-dire de manière respectueuse de l’environnement), alors la source d’énergie retenue ne sera pas la même.

Il existe trois grandes techniques de production d’hydrogène au sein de la filière de l’industrie de production d’hydrogène :

1. La technique de l’électrolyse de l’eau permet de scinder les atomes d’hydrogène et d’oxygène grâce à un courant électrique. Cette électricité peut ainsi provenir d’une centrale nucléaire, d’une centrale à charbon ou à gaz, d’un parc éolien ou solaire, etc.
2. La technique du vaporeformage consiste à casser les liaisons de l’hydrogène d’un gaz carboné  (type méthane CH4), grâce à de la vapeur d’eau à haute température (840 °C à 950 °C). Pour ce faire, on utilise de l’énergie fossile de type gaz ou charbon. Ce type de production représente environ 95 % du marché de la production d’hydrogène, car c’est la solution la plus économique à ce jour. Mais le bilan carbone est désastreux. Effectivement, en plus du carbone utilisé par l’énergie fossile, la transformation crée du carbone supplémentaire issu du gaz initial (CH4). En tout, près de 11 tonnes de CO2 sont rejetées pour constituer une tonne d’hydrogène.
3. La technique de la gazéification du charbon existe depuis le 19e siècle et consiste à appliquer des phases (séchage, pyrolyse, oxydation et réduction) à de la matière organique fossilisée (charbon), afin d’en dégager des gaz de synthèse « syngaz » de type hydrogène (H2) par exemple ou bien encore du monoxyde de carbone (CO) ou du méthane (CH4). Cette méthode aussi produit de forts rejets de gaz à effet de serre.

Nous l’avons vu : il existe trois grandes méthodes de production artificielle d’hydrogène dont une seule reste vertueuse en termes de rejet de gaz à effet de serre. Cette conclusion nous remet intuitivement sur la piste de l’hydrogène vert.

L’hydrogène vert se différencie de l’hydrogène

Une fois ces éléments compris, il est déjà bien plus aisé de saisir ce qui différencie l’hydrogène vert de l’hydrogène. Comme nous l’avons vu, chimiquement, l’hydrogène reste de l’hydrogène quelle que soit la méthode utilisée pour le produire.

Toutefois, parmi les méthodes artificielles de production d’hydrogène, il en existe une qui ne crée aucun rejet de gaz à effet de serre : l’électrolyse de l’eau. En effet, cette électrolyse consiste à séparer les deux atomes d’hydrogène (H) de celui d’oxygène (O), au sein d’une molécule d’eau (H2O). Cette transformation donne lieu à du dihydrogène et à du dioxygène. Aucun atome de carbone (C) n’apparaît dans cette opération. C’est donc une transformation « verte » car décarbonée.

Mais la production d’hydrogène vert va plus loin encore. Pour que cette appellation prenne son sens autant que sa légitimité, il faut imposer à cette électrolyse, que l’électricité consommée provienne d’un mode de production d’énergie renouvelable (éolien, panneau photovoltaïque, hydro-électricité, etc.). En clair, même la production énergétique servant à l’électrolyse doit être verte (exempte de rejets de carbone ou de gaz à effet de serre).

L’électricité nucléaire (tel qu’en France par exemple), ne rentre pas en considération de l’appellation de l’hydrogène vert en tant qu’électricité utilisée pour l’électrolyse. L’hydrogène produite par électrolyse avec électricité nucléaire se verra déclinée sous l’appellation d’hydrogène « jaune ».

Pour conclure, l’hydrogène vert se distingue de l’hydrogène non pas par sa constitution chimique (ces deux hydrogènes sont identiques), mais par sa méthode de production écoresponsable (électrolyse de l’eau), ainsi que de la source de l’énergie électrique utilisée pour cette électrolyse (électricité renouvelable uniquement). Attention, ces deux caractéristiques sont cumulatives pour que de l’hydrogène produit soit désigné comme étant hydrogène vert. La seule méthode qui ne produit aucun rejet carbone est l’électrolyse de l’eau et l’électricité est nécessairement issue d’une énergie renouvelable.

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