Tout savoir sur l’hydrogène décarboné

Comprendre l'hydrogène décarboné

Qu'est-ce que l'hydrogène décarboné ?

L’hydrogène décarboné ou dihydrogène H2 est un vecteur énergétique, mais également une matière première, qui a été produite à partir d’un processus industriel neutre en carbone ou presque.

Aujourd’hui, l’hydrogène est principalement fabriqué à partir des énergies fossiles. Ainsi, on déclare que plus de 98% de l’hydrogène provient de la transformation d’énergies fossiles, et notamment du gaz naturel. Ce type de procédé entraîne l’émission de dioxyde de carbone CO2. On considère que la production d’hydrogène classique émet plus de 10 kg de CO2 pour 1 kg d’hydrogène.

Pour fabriquer de l’hydrogène décarboné, bas carbone ou dit aussi hydrogène vert, une autre voie de fabrication est possible. Il s’agit de l’électrolyse de l’eau en utilisant une électricité provenant des énergies renouvelables. Avec cette méthode de production, on atteint alors moins de 3 kg de CO2 par kg d’hydrogène produit.

Grâce aux évolutions technologiques et au développement de la filière hydrogène, on peut estimer que la production pourra atteindre près de 500 Mt/an à l’horizon 2050 dans le monde. Une donnée encourageante pour toute la filière !

À noter : il existe d’autres façons de produire de l’hydrogène décarboné. On peut aussi avoir recours au reformage du méthane avec captage et stockage du CO2, à la pyrolyse du méthane ou de la biomasse.

On peut également espérer que les recherches scientifiques permettent d’identifier des puits d’hydrogène présents naturellement sur Terre dans les prochaines décennies.

Au sein de l’Union Européenne, on qualifie l’hydrogène de “renouvelable” lorsqu’elle est issue d’une électricité renouvelable ou d’un mix électrique bas carbone.

Quelles méthodes de production de l'hydrogène bas carbone ?

Nous l’avons vu : l’hydrogène décarboné est un vecteur énergétique prometteur qui a l’immense avantage de dégager peu de CO2 au moment de sa fabrication lorsqu’elle est réalisée avec technique de fabrication dite “verte”.

Voici un aperçu des différentes techniques de production qui existent :

• L’électrolyse de l’eau : pour ce type de processus, un électrolyseur alimenté par l’électricité s’occupe de séparer une molécule d’eau en hydrogène et en oxygène. Pour que l’on considère que l’hydrogène est décarboné, il faut que l’électricité utilisée dans le processus soit issue de sources d’énergies renouvelables comme le solaire, l’hydroélectricité ou l’éolien ;
• La gazéification de la biomasse : ici, on utilise des végétaux ou des résidus agricoles pour les convertir en gaz synthétique qui contient de l’hydrogène, du monoxyde de carbone et du méthane. Pour créer de l’hydrogène décarboné, on doit donc capturer et stocker le CO2 généré ;
• Le reformage du méthane avec capture et stockage du carbone (CCS) : avec cette technique de production, on utilise du méthane, puis on capture le CO2 qui est issu de cette première transformation. Ensuite, ce CO2 est stocké. On utilise souvent de l’électricité issue de la filière nucléaire. On parle alors d’hydrogène bleu ;
• La pyrolyse de la biomasse : on décompose la matière organique issue de la biomasse en ôtant l’oxygène, le tout à très haute température. Cette réaction chimique entraîne la fabrication de différents produits, notamment l’hydrogène que l’on peut isoler ;
• La décomposition ou dissociation thermochimique de l’eau, appelée aussi thermolyse : ici on utilise la chaleur provenant de sources d’énergie solaire comme la géothermie pour décomposer l’eau en hydrogène et en oxygène.

Quels usages à l’hydrogène vert ?

L’hydrogène décarboné s’apparente à une bonne solution, plus respectueuse de l’environnement, dans l’industrie, le transport ou encore pour l’énergie.

En effet, la première utilisation évidente de l’hydrogène décarboné est à destination de l’industrie. L’hydrogène décarboné va pouvoir remplacer l’hydrogène fossile dans les industries qui l’utilisent en tant que matière première. Ainsi, les productions d’ammoniac, de méthanol ou encore d’acier pourraient enregistrer une diminution des émissions de CO2.

L’autre secteur qui bénéficiera massivement de l’apport de l’hydrogène décarboné est celui de la mobilité et du transport. Aujourd’hui, ce sont les collectivités territoriales qui montrent la voie avec l’utilisation de l’hydrogène vert pour alimenter leurs flottes de mobilité lourde (bus, bennes à ordure ou camions). Pour être utilisé, l’hydrogène décarboné agit comme un carburant dans des véhicules équipés d’une pile à combustible. La pile à combustible convertit l’hydrogène et l’oxygène en électricité, ce qui permet de faire avancer des véhicules sans aucune émission de CO2.

Par ailleurs, l’hydrogène décarboné est aussi une matière première pour créer des e-fuels moins polluants que les hydrocarbures actuels. On parle d’e-ammoniac, e-méthanol ou e-kerosène.

Enfin, l’hydrogène pourrait être une solution pour stocker l’électricité à partir de sources renouvelables comme l’énergie solaire ou l’éolienne. La production d’énergie solaire ou éolienne dépend de facteurs qu’il est impossible de contrôler. Il est donc utile de pouvoir stocker le surplus d’électricité lorsque la production est supérieure à la consommation. Comme il est impossible de stocker une grande quantité d’électricité sur une longue période, on peut la convertir en hydrogène.

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Opportunités et défis industrie décarbonation hydrogène

Utilisation hydrogène décarboné dans l'industrie

Nous l’avons vu précédemment : l’hydrogène a un rôle à jouer dans l’industrie pour remplacer l’hydrogène et d’autres matières premières. C'est un outil de la décarbonation de l'industrie.

La première filière industrielle qui utilise l’hydrogène décarboné est l’industrie chimique. En effet, l’hydrogène est une matière première utilisée dans de nombreux processus industriels. Il sert à fabriquer de l’ammoniac, du méthanol ou des produits pétrochimiques variés. L’avantage à l’utilisation de l’hydrogène décarboné dans ce type d’industrie est la possibilité de réduire considérablement les émissions de carbone de la filière.

D’autre part, la filière de raffinage du pétrole utilise l’hydrogène en grande quantité pour que le pétrole soit plus pur. Avec l’ajout de l’hydrogène, on peut éliminer le soufre et convertir le pétrole pour créer de l’essence ou du diesel. Face à l’impact environnemental considérable de cette industrie, l’utilisation de l’hydrogène décarboné est la bienvenue.

Dans l'industrie sidérurgique, l'hydrogène agit comme un agent réducteur pour éliminer l'oxygène du minerai de fer et ainsi fabriquer de l'acier. En utilisant systématiquement l’hydrogène décarboné, la filière n’aurait plus besoin d’utiliser du coke de charbon. Cela permettrait à la filière de diminuer ses émissions de CO2.

Il y a une autre utilisation de l’hydrogène qui peut se généraliser dans l’industrie. Il s’agit de l’emploi de l’hydrogène décarboné dans les systèmes de chauffage industriels et résidentiels. L’hydrogène, en tant que source d’énergie, permettrait de remplacer le gaz naturel pour réduire les émissions de CO2 des industriels.

Enfin, l’hydrogène peut permettre aux industries de mettre en place des flottes de véhicules plus propres pour améliorer le poids écologique du secteur du transport. Les véhicules fonctionnant à l’hydrogène ne produisent pas de CO2, ni aucun gaz à effet de serre.

Les opportunités autour de la fabrication hydrogène vert

Utiliser l’hydrogène décarboné, que ce soit dans l’industrie, pour le stockage de l’électricité ou le transport collectif, est une décision aux multiples avantages.

Le développement de l'hydrogène permet de réduire les émissions de gaz à effet de serre des filières industrielles. En optant pour l’hydrogène décarboné plutôt qu’un combustible fossile classique comme le gaz, le pétrole ou le charbon, on peut considérablement diminuer l’impact environnemental des activités industrielles. L’hydrogène est un atout pour la décarbonation de l'industrie.

Grâce à lui, les Etats vont également s’emparer d’une nouvelle source d’énergie. Cela est important pour assurer la sécurité énergétique des pays dépendants aux importations des combustibles fossiles. En développant une filière de fabrication de l’hydrogène, les pays peuvent être plus autonomes dans leur alimentation en combustible, en dehors des conflits géopolitiques ou des variations des prix des combustibles fossiles. In fine, l’hydrogène décarboné offre une véritable opportunité de diversification des sources d’énergie.

Comme toutes les innovations, l’hydrogène décarboné nécessite de se structurer en filière. Cela signifie la création de nouveaux emplois et le développement de nouveaux secteurs d’activité. Il faudra former des professionnels compétents pour assurer la production d’hydrogène décarboné : aussi bien au niveau du stockage de l’hydrogène, de sa conversion, pour la fabrication de piles à combustibles ou encore dans les secteurs industriels. La filière française hydrogène, est portée par le gouvernement avec un objectif de réduction des émissions de CO2 de 81% d'ici 2050.

Enfin, sur le long terme, l’hydrogène est un outil pour améliorer la qualité de l’air sur Terre. En remplaçant complètement les combustibles fossiles par l’hydrogène dans le secteur du transport ou du chauffage, il sera possible de réduire les polluants (oxydes d’azote ou particules fines). Améliorer la qualité de l’air est une solution pour limiter les problèmes de santé liés à la pollution de l’air.

Les défis pour développer la filière

Aujourd’hui, l’hydrogène n’est pas toujours considéré à sa juste valeur. On voit d’abord les freins à son développement, ou encore les barrières qu’il reste à relever avant d’imaginer son déploiement sur tous les territoires et dans toutes les industries.

Le premier frein relevé par ses détracteurs est celui du coût de production élevé de l’hydrogène décarboné. Faire un hydrogène propre est plus cher qu’en utilisant les énergies fossiles. On considère que le coût de production de l’hydrogène gris est d'environ 2,5€ par kilo. Il passe à 5€ le kilo lorsque l’on utilise l’électricité provenant d’énergie renouvelable. La nécessité est donc de diminuer le coût de ces énergies renouvelables et d’investir massivement dans la technologie de l’électrolyse de l’eau alimentée par les énergies renouvelables.

Globalement, ce sont toutes les infrastructures et toute la chaîne de valeur qu’il faut déployer. C'est-à-dire : la production, le stockage, le transport et la distribution d’hydrogène décarboné. Cela nécessite l’installation de stations de ravitaillement en hydrogène ou encore la construction de nouveaux réseaux de pipelines.

Enfin, l’hydrogène décarboné se frotte à la concurrence avec d’autres technologies dites de décarbonation. On peut préférer l’utilisation des véhicules électriques aux véhicules à l’hydrogène. Il est donc important de structurer la filière et les usages de l’hydrogène pour que cette dernière soit utilisée là où elle a le plus d’impact, conjointement avec d’autres innovations technologiques. L’objectif : réduire les émissions de gaz à effet de serre en développant cette filière et les autres.

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