Hydrogène vert

L'« hydrogène vert » ou « hydrogène propre » est le dihydrogène fabriqué de manière décarbonée.

Schéma de production et de consommation d'hydrogène vert (l'éolienne représente la production d'électricité décarbonée).

Production d'hydrogène vert

De l'électricité à faible empreinte carbone, produite à partir d'une source d'énergie renouvelable ou nucléaire, peut être utilisée pour produire de l'hydrogène vert par le processus d'électrolyse de l'eau.

L'hydrogène vert produit à partir d'électricité d'origine nucléaire est aussi qualifié de « jaune », « violet » ou « rose » suivant les pays, mais de « vert » notamment dans la taxonomie verte européenne, qui devrait entrer en vigueur le ou aux États-Unis[1].

Les militants antinucléaires rejettent la dénomination d'« hydrogène vert » pour l'hydrogène produit à partir du nucléaire. Devant l'absence de consensus sur les définitions des types d'hydrogène par couleur, les députés européens souhaitent un accord sur une terminologie uniforme, notamment afin de définir clairement les hydrogènes renouvelable, à faible teneur en carbone et d'origine fossile.[réf. souhaitée]

Contexte : production et utilisations de l'hydrogène

En 2015, l'hydrogène produit par électrolyse ne représente que 4 % de l'hydrogène utilisé, alors que l'Europe en consomme 8,8 mégatonnes par an[2]. Son utilisation se fait dans l'industrie du raffinage, la production d'ammoniac pour l'agriculture, la production de méthanol et dans une moindre mesure d'acier. Elle s'accompagne en 2020 de l'émission de 830 millions de tonnes de CO2 par an, soit environ 2 % des émissions mondiales et quasiment autant que le secteur aérien ou que le transport maritime[3].

Rôle dans la transition écologique

L'hydrogène est présenté par certains industriels et dirigeants comme un potentiel pilier de la transition écologique, potentiellement vers l'économie hydrogène, notamment dans le cadre des transports (voiture à hydrogène, train à hydrogène, avion à hydrogène...)[4],[5], du stockage d'énergie issue de sources renouvelables intermittentes[6] ou dans l'industrie (sidérurgie et industrie chimique)[7]. L'utilisation de l'hydrogène pour décarboner l'économie n'a de sens que si ce dernier est produit de façon décarbonée.

Les centrales nucléaires peuvent contribuer à la production d'hydrogène décarboné, soit en alimentant des électrolyseurs à partir du réseau national, soit en utilisant leur vapeur dans des électrolyseurs à haute température, soit dans de nouveaux modèles de réacteurs capables de produire des températures de sortie de l'ordre de 800 ou 900 °C[8]. L'hydrogène produit à partir d'électricité nucléaire est considéré comme « vert » selon la future taxonomie verte européenne.

Plusieurs scientifiques alertent sur la contribution indirecte de l'hydrogène au réchauffement climatique : Steven Hamburg, ancien professeur de sciences environnementales qui a été l’un des principaux auteurs du GIEC et scientifique en chef de l’Environmental Defense Fund, déclare : « L’hydrogène est un puissant gaz à effet de serre indirect à courte durée de vie qui est 200 fois plus puissant que le dioxyde de carbone au moment où il est libéré, kilogramme pour kilogramme », car « l’hydrogène qui fuit dans l’atmosphère est un gaz à effet de serre puissant [qui y] prolonge la durée de vie du méthane » ; de plus, « il réagit pour former l’ozone troposphérique, qui contribue également à l’effet de serre ; et l’hydrogène se décompose également en vapeur d’eau dans la stratosphère, ce qui contribue également à l’effet de serre ». Un document de recherche préliminaire de l’institut CICERO à Oslo indique : « Les émissions de gaz d’hydrogène dans l’atmosphère peuvent très probablement provoquer un réchauffement climatique par le biais d’effets indirects ». Falko Ueckerdt, scientifique principal à l’Institut de Potsdam pour la recherche sur l’impact climatique, déclare : « La question est probablement insuffisamment étudiée et certainement sous-déclarée » ; dans un article récent, il estime qu'une tonne d’hydrogène consommée pourrait laisser échapper entre 5 et 30 kg de ce gaz[9],[10].

Économie de la production
Production d'hydrogène à partir d'énergie solaire.

Selon le think-tank allemand Agora Energiewende, l'électrolyse pour la production d'hydrogène vert requiert de longues durées annuelles de fonctionnement à pleine charge (supérieures à 3 000 à 4 000 heures par an) et de l'électricité renouvelable à bas coût. Cela écarte les éoliennes à terre (en moyenne 1 500 h/an). Les gisements les plus favorables sont les grands parcs éoliens de la mer du Nord et les grandes centrales solaires en Afrique du Nord ou au Moyen-Orient[11].

Selon Meredith Annex, analyste chez BloombergNEF, « le prix des équipements comme les électrolyseurs est en train de chuter. Demain, l'essentiel du coût de l'hydrogène vert résidera dans le coût de l'électricité générée pour le produire ». Selon Patrick Pouyanné, PDG de TotalEnergies, « le vrai défi, c'est de trouver les surfaces pour répondre aux besoins d'énergie renouvelable. On ne les trouvera pas facilement en Europe. » Cédric Philibert, chercheur au Centre énergie et climat de l'Ifri, explique que les besoins en électricité verte seront importants pour remplacer les centrales à gaz et à charbon et pour électrifier les transports, et que le développement de nouvelles capacités d'électricité renouvelable pour produire, en sus, de l'hydrogène parait impossible. Des régions moins densément peuplées se préparent donc à en tirer parti. L'Espagne, qui dispose de vastes espaces peu habités et d'une avance certaine dans les renouvelables, veut produire à terme jusqu'à 3,6 Mt d'hydrogène par an et en exporter une partie vers le reste de l'Europe. L'Australie, le Kazakhstan, l'Arabie saoudite, le Canada, l'Inde, la Namibie ont des projets ambitieux, ainsi que les États-Unis et la Chine. Selon Prakash Sharma, analyste chez Wood Mackenzie, « l'Australie, le Moyen-Orient et l'Amérique du nord devraient émerger comme acteurs dominants du marché », mais les régions productrices éloignées des grandes zones de consommation industrielle seront désavantagées par les coûts de transport. Le transport de l'hydrogène sous forme liquéfiée par navire paraît beaucoup plus problématique que pour le gaz naturel, car la température de liquéfaction de l'hydrogène est extrêmement basse : −253 degrés Celsius, contre −160 degrés pour le gaz naturel, et la densité de l'hydrogène gazeux est trop faible pour être rentable à transporter sur longue distance. Les projets parient donc de plus en plus sur les produits dérivés de l'hydrogène, plus faciles et moins coûteux à transporter, comme l'ammoniac, utilisé comme engrais, ou le méthanol, qui entre dans la composition de produits chimiques. Plusieurs pays ont d'ores et déjà annoncé qu'ils ne pourraient pas produire tout l'hydrogène vert dont ils ont besoin et qu'ils en importeraient massivement : l'Allemagne, les Pays-Bas et le Japon ; la France pourrait s'y ajouter[12].

Rentabilité

La production d'hydrogène nécessite d'importantes quantités d'énergie. Si l'hydrogène n'est pas produit directement à partir d'hydrocarbures fossiles, sa production par électrolyse de l'eau se fait au détriment de l'électricité injectée sur le réseau électrique. Les rendements médiocres de récupération énergétique de la filière hydrogène, les difficultés de stockage, ainsi que la faible capacité des électrolyseurs à absorber les fluctuations rapides des énergies vertes (éolienne et solaire) semblent indiquer en 2021 que la filière hydrogène dite « verte » serait économiquement peu viable à grande échelle[13]. Seuls des cas particuliers ou des avancées technologiques dans les piles à combustibles avec des cycles intégrés à récupération de chaleur par cogénération associées aux pertes de rendement permettraient de justifier un intérêt énergétique et écologique pour la filière[réf. souhaitée]. Selon Jean-Marc Jancovici, la « quantité d’électricité nécessaire [interdit] d’envisager une conversion à l’hydrogène d’une large fraction de nos engins de transport »[14]. Pour la Fédération européenne pour le transport et l'environnement (T&E), cette inefficacité des e-carburants conduirait à les réserver au secteur de l'aviation[15].

L'Académie des technologies, société savante française, résume l'état de l'art de la filière hydrogène vert dans la conclusion de son rapport du  : « Le développement de la filière hydrogène relève du temps long. Des perspectives séduisantes sont ouvertes ; mais leur point d’arrivée n’est pas acquis. Il convient d’accepter que de nombreux travaux de développement n’aboutissent que dans les décennies à venir ; et on ne connaît pas les résultats. On ne saurait construire une politique énergétique sur des espoirs »[16].

Ambition politique et réalisations

Union européenne

En 2020, la Commission européenne publie une « stratégie pour l'hydrogène en vue d'une Europe neutre climatiquement » qui prévoit d'installer d'ici 2024 des électrolyseurs d'une puissance totale de 6 GW pour produite 1 Mt de dihydrogène par an. D'ici 2030, cette capacité doit atteindre 40 GW pour produire 10 Mt d’hydrogène renouvelable[17].

L'hydrogène produit à partir d'énergie nucléaire est considéré comme « vert » selon la classification en vigueur en France[18], « violet »[19] voire « jaune »[20] ou « rose » dans certains pays anglophones[21],[22]. Dans tous les cas, il est à très faible empreinte en carbone. Aussi de très nombreux syndicats européens enjoignent-ils à l'Union européenne d'inclure le nucléaire dans la « taxonomie » verte[23]. En , un rapport d'experts de l'UE aboutit à la conclusion que le nucléaire devrait entrer dans le cadre de la « taxonomie » verte[24].

Le , la Commission européenne dévoile son projet de labellisation verte pour les activités contribuant à la réduction des gaz à effet de serre. Ce document fixe les conditions de l'inclusion du nucléaire et du gaz dans la taxonomie européenne : les nouveaux projets de centrales nucléaires devront avoir obtenu un permis de construire avant 2045 (avec une clause de rendez-vous pour la suite) ; les travaux permettant de prolonger la durée de vie des réacteurs existants, tels que le « grand carénage » d'EDF, devront avoir été autorisés avant 2040 ; des garanties seront exigées en matière de traitement des déchets nucléaires et de démantèlement des installations, conformes aux traités existants[25].

France

La France, dans son plan de relance de 2020, a décidé d'investir deux milliards d'euros dans ce secteur d'ici 2022 et sept milliards d'ici 2030[26],[27],[28].

La startup Lhyfe, sise à Nantes et retenue dans le programme « French Tech Green20 », produit de l'hydrogène vert depuis 2021, en alimentant les électrolyseurs par de l'énergie éolienne, tout en gérant les fluctuations liées au vent[29].

En janvier 2022, la société d'ingénierie H2V et le Port de Marseille annoncent la construction, pour 750 millions d'euros, d'une installation de production d'hydrogène vert d'une capacité de 600 MW, la plus importante projetée alors dans le monde. L'usine sera progressivement déployée en six tranches à partir de 2026 et pleinement opérationnelle en 2031. Elle produira 84 000 tonnes d'hydrogène par an, pour décarboner les grosses industries pétrochimiques et sidérurgiques, ArcelorMittal à Fos et les raffineries Esso et Petroineos ; ces trois sites pourraient absorber la totalité de sa production. Avec les besoins de la mobilité lourde, la demande d'hydrogène estimés d'ici 2030 sur l'emprise portuaire marseillaise s'élèvent à 105 000 tonnes, soit l'équivalent de 1,2 GW de production électrique. H2V espère qu'en 2030, le solaire et l'éolien seront suffisamment développés dans le sud du pays pour ramener le coût de l'énergie nécessaire au fonctionnement de son installation autour de 20 euros, son seuil de rentabilité. Son projet « H2V Normandy » (200 MW), développé depuis 2016 à Saint-Jean-de-Folleville, a obtenu le l'autorisation environnementale de l'État. Le projet est cédé à Air Liquide, qui va construire cette usine et l'exploiter, produisant 28 000 tonnes d'hydrogène par an en 2025. H2V a annoncé trois autres projets : Dunkerque, Saint-Avold et Fessenheim[30].

La startup iséroise Sylfen, créée en 2015 pour valoriser une technologie développée au CEA, lance en 2022 la commercialisation de son électrolyseur réversible, après une preuve de concept réalisée en 2018-2019 par la vente d'un prototype à Engie. Ce dispositif permet de convertir une partie de l'énergie renouvelable produite par des panneaux photovoltaïques principalement, plus occasionnellement des éoliennes, en hydrogène par électrolyse de l'eau, puis de restituer l'énergie stockée dans une pile à combustible, avec un rendement de 40 %, supérieur à celui des techniques existantes (autour de 30 %). De plus, la haute température (700 °C) au cœur du processus peut être récupérée pour chauffer les bâtiments. La cible visée est composée des collectivités ou des entreprises propriétaires de leurs bâtiments de quelques milliers de mètres carrés. En mai 2022, Sylfen lève 10 millions d'euros, grâce à de nouveaux investisseurs, pour industrialiser la fabrication. Les quatre premiers clients devraient être livrés à partir de la fin 2022[31].

Allemagne


Royaume-Uni

L'industrie nucléaire britannique estime en 2021 qu’elle pourrait permettre de produire 40 % de l’hydrogène vert dont aura besoin le Royaume-Uni pour atteindre la neutralité carbone à horizon 2050[32].

Chine

La province chinoise de Mongolie intérieure autorise en août 2021 un projet géant de parcs solaires et éoliens destinés à fabriquer de l'hydrogène vert près des villes d'Ordos et Baotou. Ces parcs d'une capacité de 1,85 GW d'énergie solaire et 370 MW d'énergie éolienne produiront 67 000 tonnes d'hydrogène vert par an à partir de 2023. Ce projet nécessitera 465 MW d'électrolyseurs, soit plus du double de la production mondiale de 2020. Le sidérurgiste China Baowu Steel a annoncé des plans pour 1,5 GW d'électrolyseurs. La China Hydrogen Alliance estime les besoins en hydrogène du pays à 35 millions de tonnes d'ici à 2030[33].

Inde

En juin 2022, le conglomérat Adani et son partenaire TotalEnergies annoncent la création d'une coentreprise dédiée à la production d'hydrogène vert, produit à partir d'électricité renouvelable, Adani en détenant 75 % et TotalEnergies 25 %. Ils vont investir 5 milliards $ (4,8 milliards €) dans la première phase du projet, qui prévoit des électrolyseurs de 2 GW, alimentés par un parc solaire et éolien de 4 GW. Dans un premier temps, l'hydrogène servira à produire de l'urée, un engrais azoté massivement utilisé dans l'agriculture, à hauteur de 1,3 Mt par an. L'Inde pourra ainsi réduire ses importations d'engrais issus des hydrocarbures. Le pays consomme 32 Mt d'urée par an, dont 10 Mt sont importés. À l'horizon de 2030, Adani et TotalEnergies annoncent une production d'hydrogène vert de 1 Mt par an, grâce à des capacités d'électricité renouvelable de 30 GW. Adani évoque des investissements de 50 milliards $ au cours des dix prochaines années, pour devenir « le plus grand producteur d'hydrogène vert au monde ». Selon les analystes de Citi, l'hydrogène produit par les deux partenaires en Inde devrait être « très compétitif », son coût de production étant estimé à 3,2 $/kg[34].

Arabie saoudite

ACWA Power International collaborera avec la société américaine Air Products & Chemicals pour construire l’usine d'hydrogène vert de Neom qui comprendra 120 électrolyseurs Thyssenkrupp de 40 mètres de long ainsi que des installations solaires et éoliennes d'une puissance totale de 4 GW. Le site devrait être fonctionnel d’ici 2026[35].

Critiques

Les militants antinucléaires refusent la dénomination « hydrogène vert » pour celui produit à partir d'électricité d'origine nucléaire car, même s'il est « bas carbone », ils le considèrent comme non écologique, suivant leurs arguments récurrents contre l'énergie nucléaire[36].

Devant l'absence de consensus sur la définition du type d'hydrogène pour chaque couleur, les députés européens relèvent la nécessité d'un accord sur une terminologie uniforme afin de, notamment, distinguer clairement l'hydrogène renouvelable, l'hydrogène à faible teneur en carbone et l'hydrogène d'origine fossile[37].

Notes et références
  1. (en) Using nuclear power to produce green hydrogen, Fuel Cell and Hydrogen Energy Association, 11 mai 2020
  2. Association française pour l'hydrogène et les piles à combustibles, « Production et consommation d’hydrogène aujourd’hui » [PDF], sur afhypac.org, , p. 1.
  3. Jérôme Marin, « Lhyfe va produire de l'hydrogène vert avec des éoliennes », La Tribune, .
  4. (en) « Uses of hydrogen », sur Air Liquide Énergies, (consulté le ).
  5. « Un plan "hydrogène propre" pour l'Europe : cinq questions pour mieux comprendre », sur RTBF Info, (consulté le ).
  6. « "Éole en stock", ou comment stocker une énergie intermittente », sur Enerzine, (consulté le ).
  7. La rédaction, « De l'hydrogène pour fabriquer de l'acier », sur Transitions & Énergies, (consulté le ).
  8. « Production d'hydrogène, chauffage urbain... Demain, des réacteurs nucléaires à tout faire », sur L'Express, .
    « On sait par exemple qu'il n'y aura pas assez d'énergies renouvelables pour accompagner la demande d'hydrogène vert. Il faudra donc recourir à l'atome. »
  9. Les scientifiques mettent en garde contre l’effet des fuites d’hydrogène sur le réchauffement climatique, EURACTIV, 14 octobre 2021.
  10. Bernard Deboyser, Des scientifiques alertent : les fuites d’hydrogène sont 200 fois plus néfastes pour le climat que le CO2, sur revolution-energetique.com, 26 octobre 2021.
  11. (en) Making the most of offshore wind [PDF], Agora Energiewende, 2019, page 5.
  12. « Espagne, Australie, Chili...: ces pays qui veulent devenir les rois de l'hydrogène », Les Échos, 15 juin 2022.
  13. « L’hydrogène, cet hallucinogène. Les faits sont têtus et la physique impitoyable. », Contrepoints, .
  14. « Une interview dans le Journal des Activités sociales de l’énergie en  », sur Jean-Marc Jancovici, .
  15. (en) « E-fuels too inefficient and expensive for cars and trucks, but may be part of aviation's climate solution – study » [« Les e-carburants sont trop inefficaces et trop chers pour les voitures et les camions, mais pourraient faire partie de la solution climatique pour l'aviation - étude »], sur Fédération européenne pour le transport et l'environnement, .
  16. Rôle de l'hydrogène dans une économie décarbonée (rapport), Académie des technologies, , 166 p. (ISBN 979-10-97579-16-6, présentation en ligne, lire en ligne [PDF]).
  17. Une stratégie pour l'hydrogène en vue d'une Europe neutre climatiquement, Commission européenne, 8 juillet 2020.
  18. « Plan de relance: quelle place pour l’énergie? », sur connaissancedesenergies.org, .
  19. (en) « Hydrogen produced from nuclear will be considered ‘low-carbon’, EU official says » [« L'hydrogène produit à partir du nucléaire sera considéré comme « à faible empreinte en carbone », selon un fonctionnaire de l'UE »], sur EURACTIV, .
  20. « Le plan hydrogène français entérine discrètement la relance du nucléaire », sur Reporterre, .
  21. Grey, blue, green – why are there so many colours of hydrogen?, Forum économique mondial, 27 juillet 2021.
  22. The hydrogen colour spectrum, National Grid (consulté le 19 janvier 2022).
  23. (en) « Nuclear must be part of taxonomy, say unions; HPC delayed over COVID-19 » [« Le nucléaire doit faire partie de la taxonomie, estiment les syndicats ; la centrale nucléaire de Hinkley Point C retardée à cause du COVID-19 »], sur Reuters, .
  24. (en) « LEAK: EU experts to say nuclear power qualifies for green investment label » [« FUITE : Les experts de l'UE vont dire que l'énergie nucléaire peut bénéficier du label "investissement vert" »], sur Euractiv, .
  25. Nucléaire, gaz : Bruxelles lève enfin le voile sur son projet de label « vert », Les Échos, 2 janvier 2022.
  26. « Pourquoi la France va-t-elle investir tant d’argent dans l’hydrogène ? », sur 20 Minutes (France) (consulté le )
  27. Par Erwan Benezet et David DoukhanLe, « Le plan de relance consacrera 2 milliards d’euros à l’hydrogène », sur Le Parisien, (consulté le ).
  28. « En misant sur l'hydrogène "vert", la France et l'Europe vont prendre une longueur d'avance », sur BFMTV, .
  29. « Lhyfe veut extraire l'hydrogène en mer », sur L'Usine nouvelle, .
  30. Après le Havre, H2V lance à Fos un projet XXL dans l'hydrogène vert, Les Échos, 19 janvier 2022.
  31. Sylfen optimise les bâtiments autonomes en convertissant l'énergie en hydrogène, Les Échos, 19 mai 2022.
  32. (en) UK nuclear industry launches 'hydrogen roadmap', World Nuclear News, 17 février 2021.
  33. « Énergies renouvelables : la Chine lance un méga projet d'hydrogène vert », Les Échos, 19 août 2021.
  34. TotalEnergies mise sur l'Inde pour devenir un acteur de l'hydrogène vert, Les Échos, 14 juin 2022.
  35. Arabie Saoudite : construction de la plus grande centrale de production d’hydrogène vert au monde, neozone.org, 7 avril 2022.
  36. « L’hydrogène produit avec du nucléaire est-il vert ? », La Croix,‎ (ISSN 0242-6056, lire en ligne, consulté le ).
  37. Changement climatique: un plan pour l'hydrogène renouvelable et l'intégration des systèmes énergétiques, parlement européen, 19 mai 2021

Voir aussi

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