Hydrogène vert : un défi technologique au chemin escarpé

8 135

Hydrogène, hydrogène, nos hommes politique n’ont que ce mot à la bouche. Ce gaz est la nouvelle pierre angulaire de la politique industrielle française et européenne, l’hydrogène sera le futur de l’énergie verte. Il signe le grand retour des programmes d’innovation dans lesquels l’état joue un rôle central. Après le nucléaire et le TGV, l’hydrogène!!! Pourtant l’idée de produire de l’énergie à partir d’hydrogène dans une pile à combustible n’est pas nouvelle. Alors pourquoi en parle-t-on autant aujourd’hui? L’hydrogène est-il vraiment le successeur vert du pétrole? Roulerons-nous demain à l’hydrogène? Le rôle de l’hydrogène sera-t-il central dans la transition énergétique pour lutter contre le changement climatique?

L’hydrogène une énergie non polluante disponible en quantité infinie

Sur le papier l’idée est séduisante. L’hydrogène est l’élément le plus abondant de l’univers, 75% de sa masse. Sur Terre, on en trouve partout : dans l’eau H2O, dans les hydrocarbures… Et puis, l’hydrogène est une source d’énergie extrêmement puissante utilisée pour propulser les fusées. Surtout, la combustion de l’hydrogène pour produire de l’énergie rejette uniquement de la vapeur d’eau. L’hydrogène serait donc une source d’énergie non polluante disponible à l’infini. Tout est résumé dans ce slogan “avec l’hydrogène, 1 litre d’eau devient l’équivalent d’1/2 litre d’essence”.

L’histoire est belle, presque miraculeuse, le story telling puissant. On l’entend en boucle dans les médias depuis quelques semaines. Cette interview de Thierry Lepercq apôtre de l’hydrogène par Jean Jacques Bourdin l’illustre bien. L’intervieweur habituellement poil à gratter y est doux comme un agneau. Il est révélateur de l’ambiance actuelle : l’hydrogène, on a envie d’y croire. Pour répondre aux défis du réchauffement climatique sans changer nos habitudes, on rêve de voiture et même d’avion à hydrogène.

En plus pans la compétition mondiale avec la Chine et les Etats Unis, l’Europe serait pour une fois bien placée sur une technologie d’avenir. L’hydrogène se retrouve donc au cœur des plans de relance européens (d’ici 2030 7 milliards d’€ prévu en France et 9 milliards en Allemagne)

La pile à combustible, une vieille technologie au coût longtemps prohibitif

pile à combustible hydrogène
pile à combustible hydrogène

Pourtant la réalité est plus complexe. L’idée d’utiliser l’utiliser l’hydrogène comme source d’énergie ne date pas d’hier. La pile à combustible sert à transformer l’hydrogène en énergie. Son invention par Mond et Langer remonte à… 1889. Les piles à combustible propulsaient déjà les vaisseaux Apollo en route vers la Lune dans les années 60.

Si la technologie n’a pas connu l’essor escompté, c’est qu’elle se heurte à quelques obstacles techniques de taille, à commencer par l’utilisation du platine comme catalyseur, rendant le coût de la technologie jusqu’à présent prohibitif.

Mais la recherche progresse : depuis les années 60, les quantités de platine nécessaires à puissance équivalente ont été réduites d’un facteur 2000! On arrivera sans doute à l’avenir à fabriquer des piles à combustible à un coût raisonnable.

Les difficultés techniques ne s’arrêtent pas là, la principale étant la production de l’hydrogène. L’hydrogène est abondant sur Terre mais quasiment jamais à l’état pur. Pour utiliser l’hydrogène comme énergie, il faut d’abord en produire.

La production d’hydrogène aujourd’hui est fortement émettrice de CO2

On en produit d’ores et déjà massivement : 75 millions de tonnes destinées notamment à la production d’ammoniac et d’engrais azotés. Aujourd’hui la quasi-totalité (96%) de l’hydrogène est produit par un procédé baptisé vaporeformage du gaz naturelMais il y a un hic, ce procédé est massivement émetteur de CO2.

La production d’hydrogène représente 3% des émissions de CO2 en France (source ministère de l’écologie plan déploiement hydrogène transition énergétique). Aujourd’hui l’hydrogène fait plus partie du problème des émissions de gaz à effet de serre qu’il n’en est la solution. Avant d’envisager rouler à l’hydrogène, l’enjeu est d’abord de produire massivement de l’hydrogène vert, décarboné à un coût compétitif.

Le difficile chemin vers la production d’hydrogène vert décarboné

La technologie pour y arriver est l’électrolyse de l’eau qui consiste comme dans nos vieux TP de chimie à décomposer la molécule d’eau H2O en dioxygène (O2) et dihydrogène (H2) sous l’action d’un courant électrique. En utilisant des énergies renouvelables pour alimenter les électrolyseurs en électricité, on produit de l’hydrogène vert.

Mais me direz-vous, utiliser de l’électricité pour produire de l’hydrogène qui lui-même servira à produire de l’électricité d’un véhicule électrique, n’est-ce pas complètement absurde? L’hydrogène n’est pas à proprement dit une source d’énergie comme le pétrole ou l’énergie solaire mais un vecteur d’énergie. Rendement de l’électrolyse environ 70%, rendement des piles à combustible environ 50%… Le rendement global de la chaîne hydrogène est estimée à 25%

De plus le coût de production d’hydrogène vert par électrolyse est aujourd’hui prohibitif : 5€/kg vs. 1.50€ pour la fabrication à partir du gaz naturel. Le transport et le stockage de l’hydrogène posent également de multiples difficultés techniques. La route vers l’hydrogène vert est donc encore longue.

Cela explique le scepticisme de certains experts comme l’ingénieur spécialiste de l’énergie et du climat Jean-Marc Jancovici sur le réel potentiel de l’hydrogène dans la transition énergétique. Elon Musk a même qualifié cette technologie de “particulièrement idiote”. Mais apôtre des batteries électriques, la technologie concurrente, il est sur ce sujet juge et partie.

L’hydrogène une solution de stockage pour palier à l’intermittence des énergies renouvelables

L'Hydrogen Council est partenaire Hydrogène d'Energy Observer | Energy Observer

Alors pourquoi cet engouement pour l’hydrogène? C’est qu’en fait l’hydrogène pourrait être le chaînon manquant dans l’économie des énergies renouvelables.

Les énergies renouvelables sont par essence intermittentes : les panneaux solaires ne fonctionnent pas la nuit, les éoliennes ont besoin de vent….L’hydrogène pourrait être le vecteur d’énergie pour stocker massivement l’énergie solaire ou éolienne et résoudre le problème de l’intermittence.

L’hydrogène pourrait alors servir notamment dans le domaine des transports pour alimenter bus, camions ou encore bateaux et rendre ainsi ces gros véhicules non polluants.

C’est ce qui a conduit 13 multinationales (Air Liquide, Alstom, Anglo American, BMW, Daimler, Engie, Hyundai, Honda, Kawasaki, Royal Dutch Shell, Linde et Toyota) à créer en 2017 le conseil de l’hydrogène (hydrogen council) pour faire la promotion de cette technologie. Le succès de cette association est indéniable. Elle a réussi à remettre l’hydrogène sur le devant de la scène et compte désormais plus de 90 multinationales attirées par les perspectives d’un business chiffré par l’association à 2500 milliards de dollars en 2050.

L’hydrogène vert, un long chemin plus qu’un miracle

Le conseil de l’hydrogène propose une feuille de route ambitieuse pour l’une des grandes aventures industrielles de notre époque. 1ère étape travailler sur la compétitivité de la filière avec l’objectif de diviser le coût de l’hydrogène vert par deux d’ici 2030.

Mais comme le rappelle Jean-Marc Jancovici, “pour remplacer tous nos carburants par de l’hydrogène obtenu par électrolyse à partir d’électricité éolienne, il faudrait multiplier par 15 la puissance installée dans l’Hexagone en moulins à vent modernes, et doubler la production électrique totale…”. Il nous rappelle ainsi que si l’hydrogène vert est une solution pour certaines applications, la technologie n’est malheureusement pas le miracle qui nous dispensera de la sobriété énergétique.

Avant d’imaginer rouler à l’hydrogène, un bon indicateur de l’avancée des travaux de la filière hydrogène sera sa capacité à rendre verte la production pour les usages existants. C’est déjà une belle ambition.

 

8 commentaires
  1. Thierry Deflandre dit

    Merci pour cet article très synthétique et juste sur la question.
    Il faudrait ajouter que le développement de la technologie ENR/hydrogène permet de repenser l’ensemble du processus de production d’énergie. En effet, il deviendrait possible d’exploiter le potentiel énergétique de zones inexploitables aujourd’hui, en permettant le transport rentable de l’énergie produite, sur de très longues distances. A titre d’exemple, les chutes d’eau en Islande ou l’énergie solaire dans les pays éloignés des zones de forte consommation. Ceci permettrait enfin de généraliser les unités de production locale à base d’énergies intermittentes, dont le déploiement est aujourd’hui très limité par les problèmes de stabilité des réseaux électriques.
    Il faudrait aussi relativiser la notion de rendement qui n’a plus beaucoup de sens quand on parle d’exploiter des ressources inaccessibles autrement. Les efforts d’amélioration du rendement n’interviendront que plus tard dans la vie de cette nouvelle technologie.
    Se posera quand même à terme, le problème de l’impact de l’emprise au sol des très grandes installations et de leur effet sur le climat local.

    1. Ban500 dit

      Merci beaucoup de votre éclairage sur l’intérêt de la technologie ENR/hydrogène dans des zones inexploitables aujourd’hui. Cela vient compléter l’article de manière très pertinente

  2. abbes dit

    Un excellent article une fois de plus. Il faut amener les gens à se poser les bonnes questions avec une vraie méthodologie de réflexion. J’adore l’angle sous lequel vous abordez la question !

    Dans ce cas précis, savoir ce qu’est un rendement est important, comprendre que dans le cas de l’hydrogène il faut commencer par le produire (premier rendement) puis l’utiliser (second rendement). Un rendement de 70% suivi d’un autre à 50% donne un global de 35% (les 25% annoncés dans l’article prennent en compte le reste des pertes). Enchainer les transformations baisse de façon drastique le rendement final, cette simple contrainte physique permet souvent d’identifier les solutions miracles qui n’en sont pas.
    Mais on doit comprendre aussi que si l’énergie de départ est “gratuite” (rayonnement solaire par exemple) alors la notion de rendement perd de son importance.

    Comme vous le dites très bien, c’est l’aspect “stockage” qui rend l’hydrogène aussi prometteur actuellement. Mais on voit bien que tout le raisonnement actuel est basé sur le fait d’augmenter la production et le stockage, alors que le meilleur moyen d’augmenter son capital énergétique consiste à … dépenser moins !

    On doit certainement changer notre logiciel, et passer du “avoir plus pour dépenser plus” au “comment dépenser moins”. Une étonnante époque qui est peut être au croisement des chemins, avec un avenir des technologies tourné vers l’économie. Car au final, avoir plus c’est souvent gaspiller moins.

    1. Ban500 dit

      Merci pour votre retour sympathique. Je reconnais dans votre commentaire votre esprit scientifique. Malheureusement l’esprit scientifique fait souvent cruellement défaut dans le débat autour de ces sujets.

  3. Sophie Pichon dit

    Bonjour et merci pour cet article très instructif. Pour être tout à fait complet sur l’analyse, ne faut-il pas s’intéresser également à la ressource première, c’est à dire l’eau ? À l’heure où on parle de l’incidence du réchauffement climatique sur une diminution de la ressource en eau, faut-il craindre également que le développement de la technique d’hydrolyse accentue ce phénomène de raréfaction ? Bien sûr la réaction chimique produisant l’énergie finale va restituer de la vapeur d’eau mais avec quel rendement ? Y-a-t-il des études sur ce sujet ou finalement, ce n’est pas un si gros problème ?

    1. Ban500 dit

      Merci de votre question. Si la disponibilité en eau ne semble pas un très gros problème pour les raisons détaillées ci-dessous, le besoin d’eau pure en quantité pour produire de l’hydrogène n’est pas sans poser quelques problèmes techniques :
      – Comme indiqué dans l’article, 1 litre d’eau transformé en hydrogène représente l’équivalent de 0.3 à 0.5 litre d’essence (https://www.contrepoints.org/wp-content/uploads/2015/07/Lhydrogène-cet-hallucinogène-Annexe-1.pdf)suivant les sources. Un Français consomme en moyenne 100 litres d’eau par jour et 2.2 litres d’essence. Produire l’équivalent de 2.2 litres d’essence grâce à l’hydrogène requiert 5 à 6 litres d’eau ce qui est très largement inférieur à notre consommation d’eau domestique. La disponibilité de la ressource en eau ne semble donc pas un problème… sauf si on veut produire de l’hydrogène à proximité d’une centrale solaire dans le désert.
      – En revanche, il faut tout de même beaucoup d’eau pure pour réaliser l’électrolyse. Cette disponibilité d’eau pure en quantité a un impact significatif sur le coût de l’électrolyse. Pour contourner ce problème des travaux de recherche ont lieu afin de pouvoir réaliser l’électrolyse à partir de l’eau de mer ( https://www.mer-ocean.com/creer-de-lhydrogene-a-partir-deau-de-mer-cest-desormais-possible/ )

  4. Cédric W dit

    Mais quid du couple Nucléaire/hydrogène ?

    1. Ban500 dit

      Excellente remarque Cédric. Le nucléaire comme l’explique Jean-Marc Jancovici serait sans doute le moyen le plus efficace pour produire en France de l’hydrogène décarboné. Mais le nucléaire ne pose pas de problème d’intermittence comme les énergies renouvelables. Utiliser l’énergie nucléaire pour la transformer en hydrogène qu’on va retransformer en énergie avec des pertes à chaque étape n’a donc pas nécessairement beaucoup de sens quand on peut utiliser directement cette énergie.

Laisser un commentaire

Votre adresse email ne sera pas publiée.

Nous utilisons des cookies pour vous garantir la meilleure expérience sur notre site. Si vous continuez à utiliser ce dernier, nous considérerons que vous acceptez l'utilisation des cookies. Accepter Consulter

Centre de préférences de confidentialité

Cookies

Publicités

Analytics

Other