Tout savoir sur l’hydrogène vert : définition, utilisation, avantages et inconvénients
Electricité et gaz renouvelables
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Est-ce que l’hydrogène vert est la nouvelle énergie renouvelable “miracle” ? Sur le papier, l’hydrogène pourrait permettre de décarboner de façon importante les secteurs de l’industrie et de la mobilité, en tant que carburant ou pour faire fonctionner les piles à combustion. En pratique, le développement à usage des particuliers prend plus de temps : l’hydrogène – vert ou non – doit donner des réponses rassurantes en termes de rendement, de rentabilité et surtout de sécurité.
L’hydrogène (vert) en bref
- Chaque année, la France consomme près d’un million de tonnes d’hydrogène. Cet hydrogène est notamment utilisé dans les secteurs du transport et de l’industrie.
- Aujourd’hui dans le monde, 95% de l’hydrogène est obtenu via des énergies fossiles, qui émettent des gaz à effet de serre.
- L’hydrogène vert, obtenu par électrolyse et à partir d’électricité renouvelable, apparaît comme une solution crédible pour décarboner les secteurs de la mobilité et de l’industrie.
- Aujourd’hui, l’hydrogène vert coûte cinq fois plus cher à produire que l’hydrogène gris (fabriqué à partir d’énergies fossiles)
- L’État a mis en place un plan ambitieux pour l’hydrogène vert, avec une enveloppe de 9 milliards d’euros alloués jusqu’en 2030. L’objectif est notamment de déployer les électrolyseurs pour faire baisser drastiquement les coûts de production.
Qu’est-ce que l’hydrogène vert ?
Retour en classe de chimie
L’hydrogène, noté “H” sur le tableau périodique des éléments, est l’élément chimique le plus abondant dans l’Univers. Sa structure simple lui permet de s’associer à de nombreux éléments, notamment l’oxygène, avec qui il forme “H2O”, l’eau, ou le Carbone, avec qui il forme le “CH4”, le méthane. Son autre capacité est une grande densité massique d’énergie : 1 kg d’hydrogène produit autant d’énergie que 3 kg de pétrole.
L’hydrogène pur et l’hydrogène fabriqué
On trouve très peu d’hydrogène “pur” – non lié à d’autres éléments – sur Terre. Pour produire de l’hydrogène, il faut donc casser les molécules pour extraire le “H” tant désiré. L’hydrogène vert est produit par électrolyse, en cassant les molécules d’eau. L’hydrogène gris est produit en cassant les molécules de méthane – et en rejetant du CO2 dans l’atmosphère.
À la différence du pétrole, du vent ou de la biomasse, l’hydrogène n’est pas une énergie primaire. Ainsi, avant de pouvoir être utilisé, il doit être produit à partir d’une source d’énergie. C’est cette source d’énergie qui détermine si l’hydrogène est vert.
L’hydrogène vert a exactement les mêmes propriétés que l’hydrogène “classique” (ou gris). Il peut être utilisé dans des secteurs où la réduction des émissions de CO2 est délicate : transport, chimie, sidérurgie ou encore raffinage.
Les 4 couleurs de l’hydrogène
L’hydrogène gris est issu de procédés thermochimiques. Dans ce cas, les matières premières sont le gaz naturel ou le charbon, donc des sources fossiles.
- L’hydrogène bleu s’obtient par la même méthode que le gris. Une différence importante toutefois : ici, le CO2 qui est émis lors du processus de fabrication est capté et stocké. Il peut donc être utilisé plus tard.
- L’hydrogène vert est produit grâce à l’électrolyse, en utilisant de l’eau et de l’électricité renouvelable.
- L’hydrogène jaune est spécifique à la France. Il se fabrique par électrolyse, mais l’électricité provient du nucléaire.
L’Ademe a récemment suggéré de bouleverser les différents noms de l’hydrogène. On pourrait ainsi retrouver :
- L’hydrogène fossile en lieu et place de l’hydrogène gris.
- L’hydrogène renouvelable pour l’hydrogène vert.
- L’hydrogène bas carbone regrouperait les hydrogènes bleu et jaune.
Comment produire de l’hydrogène ?
La fabrication de l’hydrogène vert
L’hydrogène vert est produit grâce à l’électrolyse, en utilisant de l’eau et de l’électricité. Les molécules d’eau sont séparées en hydrogène et oxygène. Pour rappel : la molécule d’eau, H2O, est constituée d’un atome d’oxygène (O) et de deux atomes d’hydrogène (H). Cette molécule est ce que l’on appelle une substance pure : elle ne peut pas être brisée physiquement. Seul un changement chimique permet de séparer les différents éléments qui la constituent.
C’est le courant électrique que l’on fait passer dans l’eau qui aboutit à la formation de deux gaz : le dioxygène et le dihydrogène (ou hydrogène).
Les autres méthodes de fabrication
Pour obtenir de l’hydrogène, le moyen le plus courant est le reformage du gaz naturel à la vapeur d’eau. Le procédé consiste à obtenir une réaction du méthane en le mettant au contact de l’eau. On obtient alors un mélange constitué de CO2 et d’hydrogène. Si, à la place du gaz naturel, on utilise du biométhane issu de la biomasse, on aboutit à de l’hydrogène décarboné.
Il est également possible de procéder par gazéification. La combustion à partir du charbon permet d’aboutir à un mélange de dioxyde de carbone et d’hydrogène.
Aujourd’hui, une immense majorité de la production d’hydrogène est issue d’hydrocarbures (charbon, pétrole ou gaz naturel). Si cette solution est privilégiée, c’est parce qu’elle est moins coûteuse. Malheureusement, cela rejette dans l’atmosphère du dioxyde de carbone, qui est un gaz à effet de serre.
L’hydrogène vert et la transition énergétique
L’hydrogène vert et les transports
En France, le transport représente à lui seul 27% des émissions de gaz à effet de serre. L’hydrogène vert constitue une solution pour une mobilité plus propre : l’utilisation d’une pile à combustible (pour les voitures électriques) ou encore la combustion directe (en tant que carburant) permettent de diminuer les émissions de façon importante.
On estime en effet qu’un véhicule alimenté en hydrogène a un impact carbone 74% moins élevé que les véhicules thermiques. Les trains sont également concernés par l’hydrogène vert. Derrière l’Allemagne, la France s’est lancée dans un projet qui devrait permettre, à l’horizon 2026, la mise en service de 12 TER fonctionnant à l’hydrogène.
Dans le domaine du transport maritime, le leader français du transport fluvial, Sogestran, devrait tester à la fin de l’année un bateau fonctionnant à l’hydrogène vert. Le “Zulu 6”, fort de 55 mètres de long et 8 mètres de large, pourrait ainsi transporter 400 tonnes de marchandises. L’avion à hydrogène est une ambition sérieuse mais complexe. Ce projet d’“avion propre” n’en est encore qu’à ses balbutiements et doit en premier lieu lever certaines interrogations en matière de sécurité, de technologie et d’environnement.
L’hydrogène vert et le stockage de l’électricité
Lorsque l’énergie est stockée sous forme d’hydrogène, cela permet de remédier à l’intermittence de certaines énergies renouvelables, comme le solaire ou l’éolien. Grâce à l’électrolyse, il est possible de stocker l’électricité excédentaire, lorsque la demande est inférieure à la production.
Dans les cas où le pays est confronté à des pics de consommation et que le réseau est déficitaire, l’hydrogène, via une pile à combustible, peut être mis à contribution pour produire de l’électricité. Le stockage de l’électricité par hydrogène est un système d’une grande complexité. Sont nécessaires un électrolyseur, un moyen de stockage sécurisé et une pile à combustible (pour pouvoir fournir de l’électricité à la demande). Tout cela demande des moyens, un savoir-faire et de l’espace. Les différents plans mis en place par la France et l’Europe devraient permettre de développer ce stockage d’ici 2030.
L’hydrogène vert et le secteur de l’industrie
En France, l’industrie représente 20% des émissions de gaz à effet de serre. Arrivent en tête de liste la chimie, la métallurgie et les minéraux non métalliques. L’hydrogène vert peut être mis à contribution pour :
- Alimenter en énergie décarbonée certaines unités industrielles.
- Se substituer aux énergies polluantes dans les procédés industriels. On parle par exemple aujourd’hui d’acier vert, qui est produit grâce à de l’hydrogène vert, en lieu et place des énergies fossiles.
Quel pays produit de l’hydrogène vert ?
En Europe, la Commission européenne a des objectifs ambitieux à l’horizon 2030, ce qui constitue une première étape vers la neutralité carbone, espérée en 2050. D’ici la fin de la décennie, il est prévu de produire 10 millions de tonnes d’hydrogène vert sur le Vieux Continent. Une Banque européenne de l’hydrogène a ainsi vu le jour. Elle a pour objectif d’aider à financer les différents investissements liés à l’hydrogène vert, à hauteur de 3 milliards d’euros.
À l’échelle nationale, la France a prévu d’investir dans le secteur 9 milliards d’euros d’ici 2030. L’Allemagne est également ambitieuse et veut produire, grâce à un investissement de 10 milliards d’euros, 10 gigawatts d’hydrogène vert (également pour 2030).
Aux États-Unis, le président Biden avait pour objectif de fournir le pays en énergie propre. Un fond spécial de 2000 milliards de dollars avait été débloqué dans ce but. L’hydrogène vert est naturellement concerné, car si les USA sont historiquement un gros producteur d’hydrogène, il s’agit en majorité d’hydrogène gris, produit grâce aux énergies fossiles.
La Chine, le Japon et la Corée dominent la course à l’hydrogène vert, qui est de plus en plus utilisé dans le secteur de la mobilité. Un nombre croissant de véhicules à pile combustible sont actuellement fabriqués. La Chine, par exemple, vise à en produire 230 millions d’ici 2030. En Corée du Sud, l’État finance la moitié de l’acquisition de ce type de véhicules.
Les avantages de l’hydrogène vert
Les avantages de l’hydrogène vert sont évidents. Alors que notre planète est aujourd’hui confrontée à des enjeux environnementaux cruciaux, il apparaît impossible de ne pas miser sur ce gaz produit au moyen d’énergies renouvelables. L’hydrogène pourrait également apporter une réponse à la question de stockage des EnR. Enfin, avec l’hydrogène, il n’y a pas de déchets associés à son exploitation.
Les inconvénients de l’hydrogène vert
Un rendement trop faible
Lorsque l’hydrogène est fabriqué par électrolyse, il y a une perte énergétique d’environ 30%. Puis, quand l’hydrogène est utilisé pour produire de l’électricité via une pile à combustible ou une turbine, un volume supplémentaire (entre 30 et 40%) est perdu.
Ces déperditions successives nuisent au rendement de l’hydrogène. Des recherches sont actuellement en cours pour permettre de limiter ce phénomène. Il est notamment question de réutiliser les pertes dégagées sous forme de chaleur pour alimenter les réseaux de chauffage.
Un gaz dangereux
L’hydrogène est un gaz explosif. Il n’est pas le seul dans ce cas, mais avec lui, les risques de fuites sont particulièrement élevés. Il est pratiquement impossible d’assurer une étanchéité à 100% des réservoirs qui le contiennent, car l’hydrogène est la plus minuscule des molécules gazeuses.
Quand le gaz est comprimé à très haute pression, il peut s’échapper par des ouvertures microscopiques. Ces fuites d’hydrogène participent de surcroît au réchauffement climatique. De plus, l’hydrogène est également très inflammable.
Une rentabilité encore incertaine
Les coûts de production de l’hydrogène vert sont encore trop importants par rapport à l’hydrogène gris. La production du premier représente une dépense moyenne de 5 à 10 euros par kilo, contre 1,5 à 2 euros pour le second.
À titre d’exemple, on considère que le plein d’un véhicule lourd comme un bus coûte deux fois plus cher avec de l’hydrogène vert qu’avec du gasoil. Naturellement, les sommes actuellement investies devraient améliorer les processus de production et abaisser les coûts. Mais cela reste à confirmer.
![[VIDEO] Quelle est la différence entre gaz vert et gaz naturel ?](https://mieux-consommer.ilek.fr/wp-content/uploads/2023/05/gaz-vert-gaz-naturel-300x200-jpg.webp)
