L’hydrogène vert fait partie des solutions énergétiques innovantes qui visent à favoriser la transition de notre société vers une économie faible en carbone. Ce gaz est ainsi obtenu par électrolyse de l’eau et offre d’importants avantages pour le secteur énergétique, que ce soit en termes de production d’électricité, de stockage ou de transport. Parce qu’il y a de fortes chances que l’hydrogène vert devienne un carburant alternatif reconnu d’ici quelques années, il semble judicieux de s’y intéresser plus en détail dès aujourd’hui.
Pour vous permettre de bien cerner les tenants et aboutissants de cette solution, nous vous proposons dans ce guide de partir à la découverte de ce gaz et de toutes ses spécificités. De même, nous passerons en revue ses enjeux, qu’il s’agisse des enjeux environnementaux, économiques ou énergétiques. Enfin, nous détaillerons les applications possibles de l’hydrogène vert (transports, industries, énergie, etc).
Qu’est-ce que l’hydrogène vert ?
L’hydrogène vert est une forme d’énergie renouvelable qui joue un rôle majeur pour la transition énergétique vers une économie faible en carbone.
Définition de l’hydrogène vert
Pour commencer, il faut savoir que l’hydrogène est un gaz incolore, inodore et hautement énergétique, ce qui en fait une excellente source d’énergie renouvelable. L’hydrogène vert, en particulier, est produit par électrolyse de l’eau, un processus qui sépare les molécules d’eau en hydrogène et en oxygène à l’aide d’électricité. Attention, cette dernière provient toujours de sources d’énergies renouvelables (énergie solaire, éolienne ou hydraulique).
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.
Notons qu’il ne faut pas confondre l’hydrogène vert avec l’hydrogène bleu et l’hydrogène gris, notamment parce que ces derniers sont produits à partir de méthodes bien moins écologiques. Ainsi, l’hydrogène bleu est obtenu en utilisant des combustibles fossiles, comme le gaz naturel ou le charbon, en combinaison avec un processus de captage du carbone qui permet de réduire les émissions de gaz à effet de serre. L’hydrogène gris, quant à lui, est aussi produit à partir de combustibles fossiles, suivant un procédé de vaporeformage, mais sans aucune technologie de captage du carbone, ce qui entraîne des émissions de CO2 plus importantes.
Les technologies de production de l’hydrogène vert
La production d’hydrogène vert repose sur différentes méthodes d’électrolyse. Toutefois, trois technologies sont principalement utilisées :
- l’électrolyse alcaline (AEL) ;
- l’électrolyse à membrane échangeuse de protons (PEM) ;
- l’électrolyse à oxyde solide (SOEC).
L’électrolyse alcaline est la technologie la plus ancienne et la plus répandue. Elle utilise une solution d’électrolyte alcalin, généralement à base de potassium ou de sodium. L’avantage principal de cette technologie est indéniablement sa maturité technologique et son coût qui reste mesuré. Elle présente néanmoins quelques inconvénients, comme une faible densité de courant et une grande sensibilité aux impuretés de l’eau.
De son côté, l’électrolyse à membrane échangeuse de protons, ou électrolyse PEM, est une technologie plus récente dans laquelle les deux électrodes nécessaires à l’électrolyse sont séparées par une membrane en polymère solide échangeuse de protons. Par rapport à l’électrolyse alcaline, cette technologie présente plusieurs avantages, notamment une meilleure densité de courant et donc une plus grande efficacité énergétique. De même, elle répond mieux aux variations de la demande en électricité. Malheureusement, le coût du processus reste élevé, puisqu’il utilise des matériaux particulièrement chers.
Enfin, l’électrolyse à oxyde solide, aussi appelée électrolyse à haute température, est une technologie émergente dont le but est d’obtenir de hauts rendements de conversion d’électricité en hydrogène grâce aux électrolyseurs qui fonctionnent à des températures avoisinant les 800°C. En d’autres termes, il s’agit sans doute de la technologie la plus prometteuse, bien qu’elle n’en soit qu’à ses balbutiements. De ce fait, celle-ci ne devrait pas se répandre avant plusieurs années, d’autant plus qu’il reste de nombreux défis à relever, à commencer par le coût d’investissement nécessaire pour son déploiement.
Le stockage et le transport de l’hydrogène vert
Le stockage de transport de l’hydrogène vert présente des défis en raison de sa faible densité énergétique et de sa réactivité chimique. Petit et léger, il peut se faufiler partout et nécessite d’importants moyens. Plusieurs méthodes sont toutefois à l’étude, avec entre autres :
- la compression sous forme de gaz à haute pression ;
- la liquéfaction à basse température ;
- le stockage dans des hydrures métalliques ;
- la conversion en vecteurs énergétiques liquides (ammoniac, etc.).
Le marché de l’hydrogène vert en France et en Europe
Depuis quelques années, l’hydrogène vert connaît un développement rapide, aussi bien en France qu’en Europe, d’autant plus qu’il est soutenu par des politiques publiques et de nombreux investissements en faveur de la transition énergétique. La Commission européenne a même adopté une stratégie pour le déploiement de l’hydrogène renouvelable dans les secteurs de l’énergie, des transports et de l’industrie. La France a, elle aussi, lancé sa propre stratégie nationale à l’égard de l’hydrogène vert, en prévoyant notamment des investissements dans la recherche, le développement et la mise en œuvre de projets liés.
Les coûts et perspectives économiques de l’hydrogène vert
Les coûts de production de l’hydrogène vert ont progressivement diminué ces dernières années grâce aux progrès technologiques et à l’augmentation de l’échelle de la production. Cependant, cette alternative reste coûteuse par rapport aux autres sources d’énergie et aux autres formes d’hydrogène. Par conséquent, les perspectives économiques dépendent fortement de la poursuite des avancées technologiques, de la réduction des coûts de production ou même des politiques de soutien et de croissance de la demande dans les secteurs clés de l’économie.
Pour faciliter le déploiement de l’hydrogène vert, des mesures incitatives et réglementaires, comme des subventions, des crédits d’impôt ou des mécanismes de tarification du carbone, pourraient s’avérer nécessaires.
Quels sont les enjeux de l’hydrogène vert ?
Si l’hydrogène vert intéresse autant l’Europe, c’est notamment parce qu’il représente un certain nombre d’enjeux pour l’avenir.
La réduction des émissions de gaz à effet de serre
L’un des principaux enjeux de l’hydrogène vert concerne évidemment sa contribution à la réduction des émissions de gaz à effet de serre et à la décarbonation de l’économie. En effet, la production de ce gaz par électrolyse de l’eau n’émet pas de CO2, ce qui en fait une énergie propre et respectueuse de l’environnement. Par conséquent, il peut permettre de remplacer les combustibles fossiles, et ce, dans divers secteurs (production d’électricité, chauffage, transports, etc.).
La diversification du mix énergétique et l’amélioration de la sécurité énergétique
L’hydrogène vert peut également contribuer à diversifier le mix énergétique. Effectivement, il a la possibilité d’être utilisé en complément d’autres sources d’énergies renouvelables, comme l’éolien, le solaire ou l’hydraulique. Cela peut ainsi permettre d’assurer une production d’énergie stable et fiable.
De plus, la production d’hydrogène vert tend à réduire la dépendance aux importations de combustibles fossiles, ce qui ne ferait que renforcer la sécurité énergétique des pays qui investissent dans ce type de filières.
L’intégration des énergies renouvelables et la flexibilité du réseau électrique
L’hydrogène vert a un rôle à jouer dans l’intégration des énergies renouvelables et la flexibilité du réseau électrique. Il faut dire que sa production par électrolyse peut être utilisée pour stocker l’électricité excédentaire issue des sources renouvelables intermittentes (éolien, solaire). Une fois stocké, l’hydrogène vert peut ensuite être converti en électricité lors des périodes pendant lesquelles la demande est élevée ou lorsque la production d’énergies renouvelables est plus faible.
Le développement d’une nouvelle filière industrielle et la création d’emplois
Il faut aussi savoir que l’hydrogène vert représente un potentiel de développement industriel important et, par là même, un potentiel de création d’emplois. La mise en place d’une filière dédiée à sa production, à son stockage, à son transport ou encore à son utilisation peut en effet générer des opportunités économiques majeures, susceptibles de favoriser l’émergence de nouvelles compétences. En France, par exemple, plusieurs projets sont en cours de développement, soutenus par des investissements publics et privés, dans le but de créer une filière nationale compétitive et innovante.
La transformation des secteurs des transports et de l’industrie
Les enjeux de l’hydrogène vert concernent aussi les secteurs des transports et de l’industrie où son adoption pourrait véritablement transformer la société. Et pour cause, puisque ces derniers sont réputés pour leur forte intensité énergétique et leurs émissions de gaz à effet de serre. Or, s’il est utilisé comme carburant alternatif pour les voitures, les bus, les camions ou encore les trains, il offre ainsi une alternative propre et renouvelable aux carburants fossiles et amoindrit les répercussions de ces moyens de transport sur l’environnement.
En somme, les enjeux de l’hydrogène vert sont nombreux et interdépendants, ce qui nécessite une approche collaborative pour surmonter les défis liés et réaliser pleinement le potentiel de cette source d’énergie renouvelable vis-à-vis de la décarbonation de l’économie. Ce n’est qu’en mobilisant l’expertise, les ressources et l’engagement de tous les acteurs concernés qu’il sera possible d’accélérer le développement et le déploiement de l’hydrogène vert et d’ainsi contribuer à un avenir énergétique propre.
Quelles applications pour l’hydrogène vert ?
En tant qu’énergie renouvelable et propre, l’hydrogène vert présente un potentiel considérable pour de nombreuses applications, et ce, dans différents secteurs économiques. Faisons un rapide tour d’horizon de ces dernières.
Une alternative pour le stockage d’énergie
Comme nous l’avons vu précédemment, l’hydrogène vert peut servir d’alternative au stockage d’énergie à grande échelle, permettant ainsi de pallier l’intermittence de certaines sources d’énergie renouvelable comme l’éolien et le solaire. En étant converti en électricité via des piles à combustible ou des turbines à gaz, il contribuerait ainsi à la stabilité du réseau électrique, mais aussi et surtout à sa flexibilité.
Remplacer les énergies fossiles de l’industrie
L’hydrogène vert peut remplacer l’hydrogène produit à partir de sources fossiles dans divers procédés industriels, que ce soit pour la production d’ammoniac, la synthèse de méthanol ou le raffinage des métaux. Grâce à lui, il deviendrait possible de réduire les émissions de CO2 de ces secteurs et de favoriser leur décarbonation.
Transformer les transports
Cela va de soi, l’une des principales applications de l’hydrogène vert est sans doute son usage possible en tant que carburant pour les véhicules équipés de piles à combustible. Cela peut aussi bien concerner les voitures, les bus et les camions que les trains. Dans ce cas de figure, il offrirait alors une option de mobilité zéro émission. Néanmoins, le développement d’infrastructures de distribution et de ravitaillement est crucial pour soutenir son déploiement dans l’industrie automobile.
Une alternative pour le chauffage/la climatisation
Autre application possible pour l’hydrogène vert : son utilisation pour le chauffage résidentiel et commercial en remplacement des énergies fossiles telles que le gaz naturel et le fioul. Les chaudières à hydrogène s’annoncent d’ailleurs d’ores et déjà comme des alternatives sérieuses pour la production de chaleur et d’électricité, le tout avec un impact environnemental réduit.
À noter également qu’il peut aussi devenir, à terme, une solution pour les systèmes de climatisation.
Une alternative hybride
L’un des avantages de l’hydrogène vert est de même de pouvoir être combiné avec d’autres sources d’énergies renouvelables pour produire de l’électricité, de la chaleur ou des carburants synthétiques (méthane de synthèse, e-fuels). Il s’intègre donc parfaitement au sein des solutions énergétiques hybrides permettant d’exploiter les synergies entre différentes technologies ou d’optimiser l’utilisation des ressources énergétiques renouvelables.
Une technologie pour les zones isolées
Enfin, l’hydrogène vert peut indéniablement constituer une option énergétique fiable et autonome pour les zones isolées, voire les zones hors réseau, où l’accès aux sources d’énergie conventionnelles est souvent limité ou coûteux. Effectivement, les systèmes de production et de stockage d’hydrogène, combinés au réseau électrique ou à des installations de production d’énergie renouvelable (éolien, solaire), peuvent fournir une alimentation énergétique durable et flexible aux communautés de ces secteurs.
En France, et en prévision de ces futures applications, le développement de l’hydrogène vert est soutenu par le gouvernement, en plus des initiatives européennes. Les institutions voient en effet en lui un élément clé de la transition énergétique, encore plus nécessaire pour respecter le « Green Deal », ce plan d’action mis en place par l’Union européenne et qui vise à rendre tous les pays membres climatiquement neutres à l’horizon 2050. Toutefois, au-delà de son potentiel considérable pour de nombreux domaines, de multiples défis restent à relever pour que l’hydrogène vert puisse véritablement se développer et contribuer à la décarbonation de l’Europe et de la France.
