L’hydrogène, vecteur d’énergie tant discuté, suscite de nombreuses interrogations. Pour comprendre si l’hydrogène est une solution viable pour la mobilité de demain, il est essentiel de bien saisir son essence et son processus de production. Mais avant d’entrer dans les détails, laissez-moi vous rappeler que l’hydrogène ne date pas d’aujourd’hui, loin de là !
L’hydrogène, qu’est-ce que c’est ?
Connaissez-vous ce gaz qui fascine la communauté scientifique depuis sa découverte au 16e siècle ? Il fut baptisé “gaz hydrogène” par l’Académie des Sciences en 1783, signifiant littéralement “gaz qui produit de l’eau”. L’hydrogène est omniprésent dans notre environnement et représente même 75 % de la masse de l’univers ! Cependant, il n’est présent sur Terre qu’à l’état combiné, que ce soit avec l’oxygène dans la molécule d’eau (H2O) ou avec le carbone dans les hydrocarbures tels que le méthane et le charbon. Il est donc nécessaire d’isoler les atomes d’hydrogène (H2) à partir de l’eau ou des hydrocarbures. Bien entendu, nous utiliserons le terme “hydrogène” pour simplifier nos propos. Utilisé depuis le 19e siècle par l’industrie pour diverses applications en chimie, pétrochimie et fabrication d’ammoniac, l’hydrogène a également connu une célèbre tragédie en 1937 avec le crash du dirigeable allemand Hindenburg à New York, mettant ainsi en lumière sa dangerosité. Comme vous pouvez le constater, l’hydrogène n’est en rien une nouveauté !
L’hydrogène, est-ce vraiment le futur ?
Pourtant, en 2021, nombreux sont ceux qui affirment que l’hydrogène est l’énergie du futur, alors même que c’est un vecteur d’énergie et non une source d’énergie. Il ne se trouve pas naturellement à l’état exploitable et doit donc être produit, ce qui implique une dépense énergétique. La production d’hydrogène sert principalement à la fabrication d’autres composés chimiques en tant que réactif non substituable. Son utilisation en tant que vecteur énergétique, notamment dans les transports, est encore assez marginale. Le rendement énergétique est donc une question centrale à considérer dans cette utilisation. Une transformation de l’énergie implique inévitablement des pertes, et produire de l’hydrogène aura un impact sur le rendement global de la chaîne. Il est donc essentiel de comprendre le rendement d’une voiture à l’hydrogène.
Les usages de l’hydrogène
Comme vous l’aurez compris, l’Homme utilise l’hydrogène depuis longtemps. En effet, la consommation mondiale actuelle d’hydrogène s’élève à près de 70 millions de tonnes par an. Les principaux usages de l’hydrogène sont l’industrie du raffinage du pétrole et la fabrication d’ammoniac, notamment pour la production d’engrais azotés agricoles. Ces usages sont bien établis et ont contribué à la croissance de l’agriculture après-guerre.
Comment est produit l’hydrogène pour ces usages ?
L’hydrogène peut être produit à partir de plusieurs ressources, principalement des ressources fossiles telles que le gaz naturel et le charbon, ainsi que de l’eau. Les procédés de vaporeformage de méthane et de gazéification du charbon, très énergivores et polluants, permettent de produire de l’hydrogène à partir des ressources fossiles. Ces modes de production rejettent environ 830 millions de tonnes de CO2 dans l’atmosphère, soit 2,5 fois les émissions annuelles de CO2 de la France. Des procédés du raffinage pétrolier et de la fabrication de l’acier permettent également la production d’hydrogène en co-production. L’électrolyse de l’eau est une autre méthode de production d’hydrogène, cette fois-ci plus “propre” si l’électricité utilisée provient de sources renouvelables. Cependant, la quantité d’électricité nécessaire pour produire l’hydrogène actuel est considérable et pose des défis majeurs en termes de production et de stockage.
L’hydrogène est-il vraiment propre ?
Pour répondre à cette question, il existe une autre solution pour réduire les émissions liées à la production d’hydrogène : la capture et séquestration de carbone. Cette technologie consiste à capturer et emprisonner le CO2 avant, pendant ou après la combustion afin d’éviter qu’il ne se libère dans l’atmosphère. Actuellement, la capacité mondiale de capture de CO2 est de 40 millions de tonnes par an. L’Agence internationale de l’énergie (AIE) estime que cette technologie est moins coûteuse que l’électrolyse de l’eau avec des sources renouvelables. Il est donc fort probable que l’industrie privilégie cette solution en raison de son coût.
Le transport et l’acheminement de l’hydrogène
Le transport, le stockage et l’acheminement de l’hydrogène sont des défis importants. Environ 85 % de l’hydrogène utilisé dans l’industrie est produit sur place, car il est plus facile de transporter et de stocker les énergies fossiles utilisées pour sa production que l’hydrogène lui-même. En effet, l’hydrogène est un gaz extrêmement volatile qui peut causer la corrosion et la dégradation des métaux. Sa faible densité volumique nécessite d’être comprimé pour le transporter efficacement. Toutes ces étapes augmentent les coûts et réduisent considérablement le rendement énergétique de la chaîne hydrogène.
La voiture à l’hydrogène
Maintenant que nous avons exploré le sujet de l’hydrogène, intéressons-nous à son application à l’automobile, plus précisément à la voiture à l’hydrogène. Bien que seulement deux modèles de voitures à l’hydrogène soient actuellement commercialisés en France, à savoir le Hyundai Nexo et la Toyota Mirai, d’autres constructeurs prévoient également de lancer des modèles similaires. La voiture à l’hydrogène présente certains avantages, comme la possibilité de faire le plein rapidement (environ 5 minutes), l’absence d’émissions de CO2 à l’usage et une autonomie allant jusqu’à 700 km avec un plein d’hydrogène. Cependant, elle présente également des inconvénients majeurs, tels que le manque de stations de recharge, la durée de vie limitée des piles à combustible, une architecture complexe, des risques de fuite d’hydrogène et un prix élevé. De plus, le rendement énergétique de la voiture à l’hydrogène est beaucoup plus faible par rapport aux voitures électriques à batterie.
Pourquoi parle-t-on autant de l’hydrogène ?
L’hydrogène suscite un réel intérêt et de nombreux pays ont engagé d’importants investissements en sa faveur. Cependant, contrairement à ce que l’on pourrait croire, ce n’est pas la voiture à l’hydrogène qui est privilégiée dans ces plans gouvernementaux. La stratégie française, par exemple, se concentre sur la décarbonation de l’industrie en favorisant l’électrolyse, le développement de la mobilité lourde et la recherche et développement. De plus, les avancées constantes des voitures électriques à batterie, tant en termes d’autonomie que de réseau de recharge, ainsi que les engagements des constructeurs sur cette voie, rendent la voiture à l’hydrogène de moins en moins attrayante pour la mobilité individuelle. En réalité, l’enjeu principal de l’hydrogène réside dans la décarbonation de sa production là où elle est indispensable.
Alors que l’hydrogène peut sembler être une solution idéale pour la mobilité individuelle, il est important de comprendre les défis liés à sa production et à son utilisation. La route vers une utilisation durable de l’hydrogène passe par la décarbonation de sa production, ainsi que par l’amélioration de l’efficacité énergétique de sa chaîne. Seule une approche globale et équilibrée permettra de déterminer son véritable rôle dans la transition énergétique.
Sources : [1] ADEME, [2] AIE
