L’hydrogène : un vecteur énergétique qui répond aux enjeux du changement climatique ?

Article du 6 juillet 2017

A l’occasion du lancement du Conseil de l’Hydrogène lors du Forum de Davos début 2017, 10 milliards d’euros d’investissements ont été annoncés pour le développement de la filière hydrogène. C’est la première fois que des acteurs couvrant l’ensemble de la chaîne de valeur de cette filière émergente se réunissent afin d’affirmer son rôle stratégique pour réussir la transition énergétique. Cette reconnaissance du sujet par le monde pétrolier, électrique ainsi que par les constructeurs automobiles annonce un premier pas vers un développement affirmé des technologies liées à cette ressource. En effet, l’utilisation de l’hydrogène issue de sources renouvelables comme vecteur d’énergie suscite un fort intérêt qui peut être analysé à travers deux points clés : sa capacité à produire et stocker l’électricité ainsi que son utilisation en tant que carburant.

Qu’est-ce que l’hydrogène ?

L’hydrogène, ou la molécule H2,  est une énergie qui doit être produite. Elle n’est donc pas une source d’énergie primaire comme le pétrole, le gaz, la biomasse ou le vent. C’est un vecte’ur d’énergie comme l’électricité ou la chaleur. Il existe trois types de procédés de production de l’hydrogène : à partir de gaz naturel et de vapeur d’eau (reformage), à partir de charbon de bois (gazéification) et à partir d’électricité (électrolyse de l’eau). Ce troisième type de production permet de valoriser le surplus d’électricité, notamment issu d’énergies renouvelables. Cependant, ce procédé est beaucoup moins compétitif économiquement par rapport aux deux premiers (rendement faible de l’hydrolyse et coût de production d’électricité).

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Production d’électricité et de gaz

L’hydrogène pourrait permettre d’augmenter progressivement la part des ENR au sein du mix-électrique à travers ses différents usages telles que le carburant, Power-to-Power (solution intéressante mais pas rentable à date et mauvais rendement de conversion), et Power-to-Gas.

Le Power-to-Gas est une solution technique imaginée pour utiliser l’excédent d’énergie renouvelable, soit pour convertir l’énergie électrique en énergie chimique (gaz), soit pour stocker l’énergie dans une pile par exemple et l’utiliser a posteriori. Il permet de connecter les réseaux électriques avec les réseaux gaziers, et intéresse les acteurs des deux secteurs électriques et gaziers. Le schéma suivant permet de décrire le process :

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Une étude financée conjointement par les acteurs GrDF, GRTgaz et l’ADEME en 2014 aboutit à un scénario possible de développement de 1 200 à 1 400 MW de capacité de Power-to-Gas installée en 2030, pouvant valoriser entre 2,5 et 3 TWh d’électricité et produire entre 1,8 et 2 TWh de gaz de synthèse. Cette production de gaz de synthèse atteindrait même en 2050 de 14 à 46 TWh, soit 7 % de la consommation de gaz.

En savoir plus, RDV sur le blog Atlante : Power-to-gas – le gaz au service du réseau électrique et Stockage d’énergie : de plus en plus de solutions

Un grand nombre de start-up travaillent sur des technologies émergentes dans la filière de l’hydrogène. Powidian, par exemple, propose un système destiné aux sites isolés de la production avec une technologie équipée d’une batterie lithium-ion pour le stockage court terme, et d’une chaîne à hydrogène (électrolyseur, bouteilles, piles à combustible) pour le stockage long terme. De son côté, la start-up française Symbio a développé une pile à combustible hydrogène s’adaptant aux véhicules électriques de série.

Production de carburant

La production d’hydrogène et son stockage permettent également d’en faire une utilisation en tant que carburant. C’est une technologie à potentiel mais qui est encore émergente. A date, le secteur est en attente d’une véritable stratégie pour développer des infrastructures de recharge à l’échelle nationale. Il n’existe en France que très peu de stations à hydrogène et peu de choix, dans un secteur déjà très compétitif de l’automobile verte (voitures électriques et GNV). Leur prix est pour l’instant un frein à leur développement : si les coûts d’installation d’un super-chargeur de Tesla est de 300 000 dollars, on évoque plusieurs millions de dollars pour une station à hydrogène…

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Les véhicules qui roulent à l’hydrogène sont également des véhicules électriques, mais le stockage d’énergie se fait sous forme d’hydrogène et non sous forme de batteries traditionnelles. Les premières voitures de séries sont déjà sur le marché américain, avec les Honda Clarity ou Toyota Mirai. C’est un moyen de transport reconnu par le gouvernement français comme un véhicule zéro émission, tout comme les véhicules électriques classiques ce qui lui vaut un bonus écologique. D’après l’Agence International de l’Energie, si les véhicules électriques à piles à combustible venaient à représenter 25% des véhicules dans les transports routiers d’ici 2050, cela permettrait de réduire de 10% les émissions de carbone liées aux transports routier.

L’hydrogène pourrait se faire une place plus importante dans le marché de l’énergie dans la prochaine décennie si ses coûts de production, distribution et consommation se voyaient considérablement réduits. Il faudrait également que des politiques énergétiques favorisant l’efficacité énergétique à travers l’hydrogène soient mis à l’avant. A date, l’électrolyse a un coût de production largement supérieur aux autres méthodes utilisant les énergies fossiles d’autant plus quand il est issu d’énergies renouvelables. Le développement de sources d’hydrogène économiquement viables et à faible teneur en carbone fait face à de nombreux défis technologiques et techniques (notamment les risques de fuite, d’inflammabilité, d’explosion).

Des progrès dans la production, les infrastructures et les coûts associés à l’hydrogène sont encore indispensables pour que ces technologies puissent un jour avoir un impact sur les secteurs de l’énergie verte et des transports à basse émission de carbone.

 

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