Qu'est-ce que l'hydrogène vert et pourquoi est-il essentiel pour la décarbonation ?

L'hydrogène vert est de l'hydrogène (H2) produit par un processus d'électrolyse de l'eau, où l'électricité utilisée provient entièrement de sources d'énergie renouvelables (comme l'éolien, le solaire ou l'hydroélectrique). Crucial pour la décarbonation, il représente une alternative propre aux hydrogènes gris et bleu, issus des combustibles fossiles, et joue un rôle fondamental dans la transition énergétique en offrant une solution de stockage d'énergie et un vecteur énergétique à zéro émission pour divers secteurs difficiles à électrifier, tels que l'industrie lourde et les transports.

Comment l'hydrogène vert est-il produit ?

L'hydrogène vert est principalement produit par l'électrolyse de l'eau. Ce procédé utilise l'électricité pour scinder les molécules d'eau (H2O) en hydrogène (H2) et oxygène (O2). Lorsque l'électricité provient exclusivement de sources renouvelables comme des parcs éoliens offshore ou des fermes solaires, l'ensemble du cycle de production est neutre en carbone, ce qui le différencie des méthodes conventionnelles.

Il existe plusieurs technologies d'électrolyse, les plus courantes étant l'électrolyse alcaline et l'électrolyse à membrane échangeuse de protons (PEM). L'électrolyse alcaline, plus mature et moins coûteuse, est adaptée à de grandes installations avec une charge stable. L'électrolyse PEM, bien que plus chère, réagit rapidement aux fluctuations de puissance, ce qui la rend idéale pour l'intégration directe avec des sources d'énergie renouvelable intermittentes.

Des entreprises comme Engie en France, via son projet HYFLEXPOWER avec Siemens Energy, explorent l'utilisation de l'hydrogène vert pour alimenter des turbines à gaz, démontrant la viabilité de son utilisation comme carburant propre. La production de l'hydrogène vert est donc une question de scale-up technologique et d'accès à de l'énergie renouvelable abondante et abordable.

Pourquoi l'hydrogène vert est-il si important pour la décarbonation ?

L'hydrogène vert est un pilier essentiel de la décarbonation mondiale car il offre une voie sans émission pour les secteurs où l'électrification directe est difficile ou impossible. Il peut remplacer les combustibles fossiles dans des processus industriels à haute température et comme matière première dans la production d'ammoniac ou de méthanol, des industries actuellement très émettrices de CO2.

Son importance réside également dans sa capacité à servir de vecteur énergétique. L'électricité renouvelable peut être convertie en hydrogène, stockée, puis reconvertie en électricité, chaleur ou utilisée comme carburant. Cette flexibilité permet de stabiliser les réseaux électriques en absorbant les surplus d'énergie renouvelable non consommés immédiatement.

Selon l'Agence Internationale de l'Énergie (AIE), l'hydrogène pourrait couvrir 13% de la demande énergétique mondiale et réduire les émissions de CO2 de 6 gigatonnes d'ici 2050 dans un scénario net zéro, ce qui souligne son rôle indispensable. Des projets majeurs, comme la 'Vallée de l'Hydrogène' dans le Sud de la France, visent à créer des écosystèmes industriels basés sur cet hydrogène propre.

Quelles sont les principales applications de l'hydrogène vert ?

L'hydrogène vert trouve des applications diverses, de l'industrie lourde aux transports. Dans l'industrie, il peut remplacer l'hydrogène gris dans la fabrication d'engrais (ammoniac), la désulfuration des carburants et la production d'acier, où il peut servir de réducteur direct du minerai de fer, éliminant ainsi les émissions de CO2 liées au charbon. L'entreprise suédoise SSAB, par exemple, développe la sidérurgie 'fossil-free' en utilisant l'hydrogène vert.

Dans le secteur des transports, l'hydrogène vert est envisagé pour les véhicules lourds (camions, trains, navires), les avions et les flottes de véhicules urbains, via des piles à combustible qui convertissent l'hydrogène en électricité, ne rejetant que de la vapeur d'eau. La Société Nationale des Chemins de fer Français (SNCF) teste actuellement des trains à hydrogène dans plusieurs régions.

En tant que solution de stockage et de flexibilité énergétique, il peut être injecté dans les réseaux de gaz naturel (jusqu'à une certaine proportion), reconverti en électricité dans des centrales à gaz équipées ou utilisé pour produire des carburants synthétiques ('e-fuels'), cruciaux pour l'aviation et le transport maritime long-courrier. La Suisse, via des initiatives comme l'Autoroute de l'Hydrogène, développe des infrastructures pour les véhicules lourds.

“« L'hydrogène vert n'est pas seulement un carburant; c'est un intégrateur systémique qui peut relier l'électricité renouvelable aux usages finaux les plus difficiles à décarboner, offrant une flexibilité sans précédent au système énergétique. »”

Quels sont les défis et opportunités du marché de l'hydrogène vert ?

Le principal défi du marché de l'hydrogène vert réside dans son coût de production, qui reste supérieur à celui de l'hydrogène gris. Cependant, les coûts des électrolyseurs et des énergies renouvelables continuent de baisser rapidement. Le coût de l'hydrogène vert devrait passer de 3 à 8 EUR/kg aujourd'hui à 1 à 3 EUR/kg d'ici 2030, rendant sa compétitivité possible avec les hydrogènes fossiles.

Un autre défi majeur est le déploiement des infrastructures de transport et de stockage à grande échelle. L'hydrogène, très léger, est volumineux, ce qui rend son transport et sa compression complexes et coûteux. Des pipelines dédiés, le transport sous forme liquide ou combiné à d'autres molécules (ammoniac, méthanol) sont des pistes explorées. Le réseau français GRTgaz étudie la conversion de portions de son réseau gazier pour l'hydrogène.

Les opportunités sont immenses, avec l'Europe qui s'est fixé des objectifs ambitieux, comme la production de 10 millions de tonnes d'hydrogène vert d'ici 2030 dans le cadre de sa stratégie REPowerEU. Cela représente des investissements massifs et la création de milliers d'emplois. Le marché mondial de l'hydrogène vert est estimé à plus de 100 milliards d'euros d'ici 2030, selon certaines projections industrielles.

Tableau comparatif des types d'hydrogène

Foire aux questions

L'hydrogène vert est-il réellement 100% propre ?

Oui, si la source d'électricité alimentant l'électrolyseur est exclusivement renouvelable (solaire, éolien, hydraulique, etc.), alors la production d'hydrogène vert ne génère aucune émission de gaz à effet de serre. C'est pourquoi il est considéré comme une solution zéro émission et un atout majeur pour la décarbonation.

Quels sont les principaux obstacles à l'adoption généralisée de l'hydrogène vert ?

Les principaux obstacles incluent le coût de production élevé par rapport aux hydrogènes fossiles, la nécessité de développer des infrastructures de transport et de stockage dédiées, et l'augmentation significative de la capacité de production d'énergies renouvelables pour alimenter les électrolyseurs.

Peut-on utiliser l'hydrogène vert dans nos voitures actuelles ?

Non, les voitures à essence ou diesel actuelles ne peuvent pas fonctionner directement à l'hydrogène vert. Elles nécessiteraient une adaptation majeure pour devenir des véhicules à pile à combustible (qui convertissent l'hydrogène en électricité) ou des véhicules à combustion d'hydrogène. Des véhicules à hydrogène spécifiques sont déjà commercialisés, comme la Toyota Mirai ou la Hyundai Nexo.

L'hydrogène vert peut-il être stocké ?

Oui, l'hydrogène vert peut être stocké sous forme gazeuse compressée dans des réservoirs, sous forme liquide à très basse température (-253°C), ou combiné chimiquement avec d'autres molécules comme l'ammoniac. Le stockage souterrain dans des cavernes salines est également une option prometteuse pour de grandes quantités.

Quel est le rôle de l'hydrogène vert dans le réseau électrique ?

L'hydrogène vert peut agir comme un 'tampon' pour le réseau électrique. En période de forte production d'énergies renouvelables (éolien, solaire), l'excédent d'électricité peut être utilisé pour produire de l'hydrogène, évitant ainsi le gaspillage. Cet hydrogène peut ensuite être reconverti en électricité lorsque la demande est forte ou la production renouvelable faible, offrant une flexibilité précieuse.

Comment l'Europe soutient-elle le développement de l'hydrogène vert ?

L'Union européenne a mis en place des stratégies ambitieuses, comme REPowerEU, visant 10 millions de tonnes de production nationale et 10 millions de tonnes d'importation d'hydrogène renouvelable d'ici 2030. Elle soutient des projets via le Fonds d'Innovation, des subventions nationales et des cadres réglementaires pour stimuler les investissements dans cette filière clé.