Quel avenir pour l’hydrogène?

Avec l’essor des énergies renouvelables, l’hydrogène se retrouve au centre des intérêts économiques et politiques. Quel rôle peut-il jouer dans la transition énergétique?

L’hydrogène est l’élément chimique le plus courant dans l’univers. Dans la nature, il est essentiellement présent sous forme liée, mais rarement sous forme pure. Il doit donc être fabriqué à partir de composés chimiques, ce qui nécessite de l’énergie. C’est pourquoi l’hydrogène est un agent énergétique secondaire, et non primaire comme le charbon, le pétrole ou le gaz naturel. L’hydrogène n’est donc pas une source d’énergie, mais un réservoir d’énergie. 

Le stockage est au cœur d’une transition énergétique réussie

La production d’électricité à partir de sources renouvelables telles que l’énergie solaire ou éolienne est soumise à des variations climatiques, saisonnières et journalières. C’est pourquoi des réservoirs d’énergie utilisables de façon flexible jouent un rôle important dans l’approvisionnement énergétique durable. Seules de grandes capacités de stockage permettent de garantir un approvisionnement en énergie adapté aux besoins. Une fonction que l’hydrogène pourrait bien assumer de plus en plus à l’avenir. 

L’hydrogène en soi n’est pas respectueux du climat

Dans le processus de production de l’hydrogène, le fait que l’énergie provienne de sources renouvelables ou non est déterminant pour le bilan de CO₂. S’agissant de l’origine de l’énergie primaire, on distingue différents types d’hydrogène: 

• L’hydrogène dit vert est produit par électrolyse. Dans ce procédé, l’eau est divisée en hydrogène et en oxygène par alimentation électrique. Par conséquent, l’hydrogène vert ne sera neutre en carbone que si l’électricité utilisée provient de sources renouvelables. 
• Par contre, l’hydrogène gris est produit à l’aide d’énergies fossiles et n’est donc pas neutre du point de vue climatique. Si les émissions de CO₂ générées par la production sont filtrées et stockées, on parle alors d’hydrogène bleu. Actuellement, environ 99% de l’hydrogène produit dans le monde est gris. Il est principalement utilisé dans l’industrie et la chimie. 

L’hydrogène vert est cher – et énergivore

En raison de la production relativement coûteuse et de la demande jusqu’à présent gérable, l’hydrogène vert est cher, en particulier par rapport à l’énergie fossile. Son attrait pourrait toutefois croître considérablement avec l’augmentation de la demande et, partant, l’expansion de la production grâce à des économies d’échelle. 

Coûts de production de l’hydrogène

L’hydrogène présente un autre inconvénient comme support de stockage: son faible rendement. En effet, une grande partie de l’énergie utilisée initialement se perd lors de la production et de la conversion ultérieure en électricité. Alors que le rendement d’une voiture électrique alimentée par batterie est de 70 à 90%, celui d’un véhicule à pile à combustible fonctionnant à l’hydrogène ne dépasse pas 35%. Concrètement, cela signifie que sur une même distance, une voiture à hydrogène consomme au moins deux fois plus de courant qu’un véhicule électrique alimenté par batterie. 

Les possibilités d’utilisation flexibles, un gros atout

Mais l’hydrogène présente aussi de nombreux avantages, notamment en ce qui concerne les possibilités d’utilisation. C’est en effet la matière première directe pouvant être utilisée le plus efficacement dans l’industrie et la chimie. Dans ce contexte, l’utilisation dans la production d’acier semble la plus prometteuse: en se substituant directement aux combustibles fossiles, l’hydrogène vert peut contribuer de manière décisive à la décarbonisation de ce secteur à très forte intensité de CO₂. Il en va de même pour la fabrication de produits chimiques et de divers plastiques. La demande en hydrogène est déjà forte dans ces domaines – et l’augmentation des prix du CO₂ pourrait accélérer le report de la demande d’hydrogène gris vers l’hydrogène vert.

L’hydrogène vert produit de manière durable peut également être transformé en gaz et liquides neutres en CO₂. On parle alors de «power-to-gas» ou de «power-to-liquid». Ce procédé permet, par exemple, de produire du diesel ou du kérosène neutres en carbone. L’avantage économique est certain, car ces carburants synthétiques permettent de propulser les moteurs à combustion traditionnels. Une grande partie de l’infrastructure existante peut donc être utilisée, ce qui relativise le désavantage en termes de coûts. 

Il en va de même pour le secteur «power-to-gas». L’hydrogène vert peut soit être directement injecté dans le réseau gazier existant, soit transformé en gaz naturel synthétique. Dans les deux cas, l’infrastructure importante peut continuer à être utilisée. La technologie permet un stockage d’énergie durable quasiment sans perte sur une longue période, soit dans des citernes à gaz existantes, soit dans le réseau, et une conversion ultérieure en électricité sur le lieu de consommation en fonction des besoins. Le procédé «power-to-gas» est donc indiqué pour lisser la production volatile d’énergie renouvelable et transporter celle-ci sur de longues distances.

Utilisation judicieuse dans le trafic lourd

L’hydrogène a une forte densité massique d’énergie. Un kilogramme d’hydrogène contient environ autant d’énergie que trois kilogrammes d’essence. L’hydrogène a également un rendement nettement meilleur que la batterie lithium-ion. Dans la pratique, cela signifie un avantage considérable en termes de poids: les propulseurs à base d’hydrogène sont beaucoup plus petits et plus légers que les propulseurs électriques alimentés par batterie. Pour le transport de charges lourdes sur de grandes distances, surtout, l’hydrogène peut jouer ses atouts en tant que carburant. Ainsi, la propulsion à pile à combustion à base d’hydrogène est nettement mieux adaptée à un camion qu’un moteur électrique alimenté par batterie – l’avantage en termes de poids et la réduction de l’espace nécessaire permettent d’augmenter la charge et la capacité de fret. En outre, le remplissage du réservoir est nettement plus rapide. 

Dans les secteurs de l’aviation et de la navigation également, l’hydrogène constitue une alternative écologiquement judicieuse aux combustibles fossiles. Mais il est probable qu’en raison de l’immense besoin d’énergie, l’on recoure plutôt à des carburants synthétiques à base d’hydrogène tels que du diesel et du kérosène neutres en carbone. La possibilité de réutiliser les infrastructures existantes permet d’éviter des coûts d’investissement élevés, ce qui est d’autant plus important dans ces secteurs soumis à une forte concurrence. Toutefois, il ne faut pas s’attendre à une décarbonisation massive de ces secteurs avant 2030. 

Néanmoins, en raison de leurs avantages par rapport aux systèmes de batterie en termes de poids, de volume et d’autonomie, les propulseurs à base d’hydrogène présentent un potentiel important dans le domaine du trafic lourd à moyen et à long termes. 

Coûts encore trop élevés pour le transport individuel

Ces avantages pèsent toutefois moins lourd dans la balance pour le transport individuel. Dans ce segment, la propulsion à l’hydrogène est à la traîne par rapport au moteur électrique alimenté par batterie en raison de ses faiblesses en termes d’efficacité et de coûts comparativement élevés. 

Rendement des propulseurs alternatifs

En outre, il manque encore un réseau de stations-services. Mais ces obstacles économiques et technologiques peuvent être surmontés. Des avancées technologiques, en particulier, pourraient permettre à l’hydrogène de jouer un rôle de plus en plus important dans les transports urbains. Il n’en reste pas moins qu’une percée de la voiture à hydrogène en termes économiques prendra encore du temps. Dans un avenir proche, la propulsion à l’hydrogène ne devrait rester qu’un marché de niche dans les transports individuels. 

L’hydrogène a un potentiel à long terme

L’hydrogène a sa place dans l’approvisionnement énergétique de demain en tant que support de stockage. Pour exploiter ce potentiel, l’hydrogène doit surtout être encouragé là où son utilisation est la plus judicieuse sous l’angle environnemental et économique. 

La réglementation joue un rôle essentiel à cet égard. Elle peut encourager la demande d’hydrogène vert de façon ciblée. Sur cette base, une industrie pourra se développer, qui permette d’obtenir les économies d’échelle nécessaires pour réduire les coûts. Il devrait alors être possible de mettre en place un cycle favorable qui contribue à rendre l’hydrogène intéressant et économiquement compétitif pour des applications de plus en plus larges. Ainsi seulement, le potentiel de stockage de l’hydrogène pourra être pleinement exploité dans un système énergétique durable. Toutefois, les investisseurs sont aujourd’hui bien avisés de diversifier largement leurs placements dans l’approvisionnement énergétique de l’avenir et de ne pas miser que sur l’hydrogène, mais également sur les batteries et autres supports de stockage.