L'hydrogène, énergie du futur ?

Lorsque l'on évoque les alternatives aux énergies fossiles, l'hydrogène fait souvent son apparition. En effet, le H2O présente plusieurs qualités.

Avant tout, on peut rappeler que l'hydrogène est un élément chimique qui compose l’univers à hauteur d'environ 75 %. Principalement situé dans les étoiles et les planètes géantes, il est une source d’énergie considérable.

Il est également intéressant de rappeler que l'hydrogène est une source d'énergie renouvelable que l'on a découverte il y a déjà plusieurs siècles.

On observe les premières expérimentations liées à l’hydrogène au début du XIX^e siècle, notamment l’électrolyse de l’eau, et ensuite la mise au point des piles à combustible. Il est tout de même intéressant de constater que ce n'est que très récemment que ce combustible refait surface.

C'est en effet la transition énergétique qui a remis au goût du jour cette source d'énergie. Mais qu'est-ce donc qui rend son utilisation pertinente et envisageable aujourd'hui ? Nous allons donc répondre à cette question dans cet article.

L'hydrogène, une énergie propre aux nombreuses propriétés

Un vecteur d'énergie abondant

D'un point de vue moléculaire, le H2O est présent partout sur notre planète. Pour rappel, il s'agit d'un atome d'oxygène et de deux atomes d'hydrogène (H2O). Il est exceptionnel de constater que le H2O représente près de 90 % des atomes (en nombre) présents sur notre planète (eh oui !).

Cela nous concerne également, car près de 10 % de la masse d'un corps humain est constituée d'hydrogène. Une abondance qui peut être un avantage de taille dans le cadre de la transition énergétique.

Il faut tout d'abord rappeler que l'hydrogène n'est pas une énergie, mais plutôt un vecteur d'énergie. C'est-à-dire qu'il permet de transporter ou de stocker de l'énergie primaire produite précédemment.

Il faut également rappeler que le pouvoir énergétique de l'hydrogène est très important. Une molécule d'hydrogène libère environ trois fois plus d'énergie que son équivalent en essence.

L'hydrogène, une énergie propre

L'Agence internationale de l'énergie (AIE) a assuré dans un rapport qui date déjà de 2019 que l'hydrogène est une énergie d'avenir. En effet, grâce à son faible rejet de CO2, cette énergie paraît être une alternative crédible.

Effectivement, associée à une pile à combustible, cette énergie ne rejette pas de CO2. L'eau est le seul rejet issu d'une pile à combustible. Comme nous le verrons, cette question n'est pas aussi simple, car il faut prendre en compte l'ensemble du cycle de vie.

Comme nous l'avons précisé, l'hydrogène est un vecteur et n'est pas présent à l'état pur dans la nature. Il faut donc mobiliser de l'énergie pour l'extraire, le transporter, le transformer. Il est certes beaucoup moins polluant que d'autres alternatives, mais pas sans aucune émission de CO2.

À quoi sert l'hydrogène dans le cadre de la transition énergétique ?

Le stockage de l'énergie

L'urgence climatique favorise l'émergence des énergies renouvelables. Par définition, ces moyens de production sont intermittents. Ils ne produisent que lorsque les conditions le permettent.

Il existe un procédé impliquant l'hydrogène qui permet de pallier ce problème :

• 1^re étape : par le procédé d'électrolyse, il est possible de créer de l'hydrogène à partir d'eau. En effet, l'eau est composée de molécules d'hydrogène et d'oxygène (H2O). En utilisant un courant électrique, il est possible de séparer ces molécules et donc de stocker de l'hydrogène.
  
• 2^e étape : une fois le gaz stocké, les usages sont multiples. Dans le cadre du stockage, il est possible de produire de l'électricité à base d'hydrogène grâce à une pile à combustible.

On peut donc imaginer que, lorsque le réseau est en déficit d'énergie, on peut alors utiliser ces réserves afin de produire de l'électricité.

L'hydrogène comme carburant

Une des problématiques les plus importantes en matière de climat est le secteur des transports. Le transport de marchandises ou de personnes consomme énormément d'énergie.

Une des solutions envisagées pour décarboner ce secteur est donc l'hydrogène. Effectivement, aujourd'hui, la majorité des transports fonctionnent grâce à des combustibles fossiles. Le secteur du transport représente environ 30 % des émissions globales de la France.

On peut donc imaginer des véhicules qui fonctionnent à l'hydrogène. La combustion de ce gaz ne produit que de l'eau, cette propriété fait de lui un sérieux candidat en tant que combustible du futur. Il s'agit là d'un moteur à hydrogène.

Il existe également la possibilité d'installer une pile à combustible pour équiper les véhicules. De nombreux constructeurs s'intéressent à la possibilité d'installer une pile qui alimente la voiture en électricité. Dans ce cas de figure, l'hydrogène vient résoudre le problème de l'autonomie des véhicules électriques.

Le rendement de l'hydrogène dans une pile à combustible est de près de 50 % (ce qui est exceptionnel). D'un point de vue technique, il s'agit de l'inverse de l'électrolyse. Il est question ici d'un mélange d'air et d'hydrogène.

À l'intérieur de la pile, l’énergie de l'hydrogène se convertit alors en énergie électrique.

Il existe, au-delà de ces deux exemples, de nombreuses applications de l'hydrogène. Nous pouvons citer à ce titre :

• la décarbonation de l'industrie ;
• le stockage de l'électricité ;
• le transport routier, maritime ou aérien ;
• les services réseaux (service systèmes).

Le schéma suivant résume bien les différents usages de cette énergie du futur :

Source : IFP Energies Nouvelles

Les obstacles au développement de l’hydrogène comme carburant du futur

Des obstacles environnementaux

Il existe plusieurs façons de produire de l’hydrogène. Certaines d’entre elles consomment des énergies fossiles. Même si l’utilisation future de l’hydrogène ne rejette que de l'eau, la production initiale peut poser problème.

Aujourd’hui, le constat est simple : une majorité de la production initiale d'électricité ou d’hydrogène (selon le procédé choisi) est d’origine fossile.

La transition énergétique doit nous permettre de réduire nos émissions de CO2, il faut donc privilégier une source d'énergie renouvelable. C’est pour cette raison que l’on distingue plusieurs “types” d'hydrogène :

• L’hydrogène vert est fabriqué par électrolyse, la production initiale d'électricité étant d’origine renouvelable.
  
• L’hydrogène gris est fabriqué par des processus chimiques qui impliquent des énergies fossiles.
  
• Le réel intérêt de ce carburant est d’aider nos sociétés à se décarboniser face à l’urgence climatique.
  

D’importants investissements financiers sont nécessaires

Le développement de la filière hydrogène nécessite des investissements lourds sur toute la chaîne de production, que ce soit en ce qui concerne la production, son transport ou encore le stockage.

Il est absolument nécessaire de réussir à faire baisser les coûts des piles à combustible ou encore ceux des électrolyseurs. C’est la condition sine qua non de l’émergence à grande échelle de cette technologie.

Tous les procédés ne sont pas équivalents. Aujourd'hui, le procédé d'électrolyse est plus coûteux que d’autres moyens de production comme le vaporeformage ou le reformage avec captation de CO2.

L’Hydrogen Council estime à environ 20 milliards d’euros d’investissement nécessaires par an pour atteindre en dix ans une taille critique. Ce montant peut paraître important, mais il est actuellement plus de 30 fois inférieur aux fonds alloués aux investissements dans le pétrole.

Il faut à ce titre souligner les annonces faites par le gouvernement à ce sujet. Barbara Pompili, ministre de la Transition écologique, et Bruno Le Maire, ministre de l’Économie, ont annoncé un investissement de 7 milliards d’euros sur dix ans.

L’hydrogène présente certes des qualités indéniables, mais également des défauts. Au-delà de la réflexion générale sur les sources d’énergies utilisées pour créer de l'électricité (charbon, gaz, etc.), le problème est essentiellement financier.

Pour permettre à l’hydrogène de remplir correctement son rôle, il faudrait donc augmenter la part d'électricité non carbonée (nucléaire ou ENR) dans le mix énergétique mondial. Cela nécessite donc des investissements supplémentaires. L’appui des pouvoirs publics est donc essentiel dans cette problématique.

Pour aller plus loin, n'hésitez pas à consulter notre article pour connaître les sources d'énergie que nous n'avons pas encore exploitées.

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