« A trop demander à l’hydrogène, on ne rend pas forcément service à la transition énergétique »

L’expert de l’énergie Cédric Philibert met en garde, dans une tribune au « Monde », contre un enthousiasme qui ferait déborder l’hydrogène de ses usages véritablement efficaces et rentables, dans l’industrie, la sidérurgie ou les transports.

Tribune. Pour décarboner l’économie mondiale, le recours à l’hydrogène apparaît aujourd’hui incontournable. Les industries chimiques et sidérurgiques, le raffinage, le transport maritime et l’aviation ne sauraient se « décarboner » sans hydrogène « propre ». L’hydrogène permet aussi de faire voyager les énergies renouvelables des pays les mieux pourvus vers les autres, et de stocker assez d’énergie pour les longues périodes sans vent ni soleil – énergies qui vont dominer le mix électrique. On ne peut donc que se féliciter de voir surgir partout des plans hydrogène enfin dotés de moyens conséquents.

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Mais à trop demander à l’hydrogène, on ne rend pas forcément service à la transition énergétique. L’électrification du chauffage des bâtiments, de la chaleur industrielle et des transports terrestres est souvent préférable à l’emploi de l’hydrogène, beaucoup moins efficace. L’un des mérites du plan français est justement de mettre l’accent sur la décarbonation de l’hydrogène déjà utilisé dans l’industrie, où il sert à éliminer le soufre des produits pétroliers, à produire des engrais azotés avec l’azote de l’air, ou encore du méthanol, matière première des industries chimiques.

Or l’hydrogène est produit aujourd’hui à 95 % à partir d’énergies fossiles, consommant 6 % du gaz naturel et 2 % du charbon dans le monde. Les émissions associées dépassent 800 millions de tonnes de CO2 par an, soit 2,3 % des émissions totales, autant que l’aviation ou le transport maritime !

Hydrogène bas carbone

L’Europe se prépare à fabriquer et installer sur son territoire et chez ses voisins de l’Est et du Sud des gigawatts d’électrolyseurs pour produire massivement de l’hydrogène. Afin de limiter les émissions de ces électrolyseurs, grands consommateurs d’électricité, cet hydrogène « vert » doit être produit avec une électricité renouvelable. Un fonctionnement continu n’étant pas nécessaire, il est possible d’arrêter les électrolyseurs aux heures de forte demande et/ou de faible production éolienne et solaire, quand l’électricité est plus chère et plus carbonée car elle vient de centrales thermiques dites de « back-up » , consommant des énergies fossiles. En revanche, l’hydrogène produit peut être stocké pour fournir de l’électricité dans ces périodes sans vent ni soleil. Ainsi, l’installation d’électrolyseurs sur les réseaux favorise le développement des renouvelables sans accroître le besoin de back-up .

L’Union européenne montre en revanche peu d’appétit pour l’hydrogène dit « bleu », basé sur le gaz naturel, la capture et le stockage sous terre du CO2. Les gouvernements ne semblent pas non plus avoir repéré une autre option, la pyrolyse du gaz naturel, qui produit de l’hydrogène (dit « turquoise ») et du carbone solide valorisable en industrie, mais pas de CO2. Pourtant, les premières usines sortent de terre aux Etats-Unis, selon un procédé mis au point… en France, à Mines Paris Tech : c’est sans doute le meilleur moyen d’utiliser le gaz naturel dans la transition énergétique.

« Au-delà des usages actuels, la sidérurgie est le plus gros marché potentiel, un enjeu à plus de 3 milliards de tonnes de CO2, presque 10 % des émissions mondiales »

A quoi employer utilement cet hydrogène bas carbone ? Au-delà des usages actuels, la sidérurgie est le plus gros marché potentiel, un enjeu à plus de 3 milliards de tonnes de CO2, presque 10 % des émissions mondiales : l’hydrogène transforme le minerai en métal, ensuite fondu dans des fours électriques, sans émettre de CO2. Mais cette option ne figure dans le plan français qu’au titre de la recherche, alors qu’il ne s’agit là que d’adapter à l’hydrogène pur une technologie qui fonctionne déjà avec du gaz naturel. Mieux, une usine a déjà fonctionné de 1999 à 2005 à l’hydrogène pur, à Trinidad, jusqu’à un changement de propriétaire fatal.

Des volumes considérables

Les autres grands consommateurs potentiels d’hydrogène bas carbone sont les bateaux et les avions. Pour de courtes distances, on peut électrifier les bateaux, comme le font les Nordiques avec leurs ferrys. Pour la haute mer, au-delà de l’assistance éolienne, le recours à l’ammoniac, seul combustible hydrogène ne contenant pas de carbone, apparaît à beaucoup d’acteurs du transport maritime comme la solution de référence. D’autant qu’on peut l’utiliser en modifiant les moteurs des bateaux récents, ce à quoi s’emploient les principaux fabricants, MAN Energy Solutions et Wartsila.

Pour l’aviation commerciale, le poids des batteries interdit la propulsion électrique. Airbus entend mettre au point des avions à hydrogène liquide d’ici à 2035, ce qui sera très difficile. Le remplacement des flottes prendra vingt ans de plus. Une approche réaliste et rapide consisterait plutôt à faire voler les avions d’aujourd’hui avec du kérosène synthétique fait d’hydrogène bas carbone et de carbone pris dans l’air, directement ou via la biomasse.

Au-delà de ces quatre usages fondamentaux, faut-il développer l’emploi de l’hydrogène pour le chauffage, la chaleur industrielle et les transports terrestres lourds ? Pour les longues distances, l’hydrogène a certes sur les batteries l’avantage de l’autonomie et du temps de recharge, mais il requiert trois fois plus d’électricité pour être produit. Les batteries font des progrès réguliers, les solutions de recharge rapide ou d’alimentation électrique, par exemple par le sol pour les tramways ou les camions, se développent. Les trains hydrogène sont, eux, à la mode pour remplacer les motrices diesels sur les lignes secondaires. Mais on peut aussi combiner électrification partielle et batteries. La région Sud envisage cette solution, qui évite de refaire les ouvrages d’art et réduit d’autant le coût de l’électrification.

Quant à l’utilisation d’hydrogène dans les bâtiments via les réseaux de gaz actuels, elle ne va pas de soi en termes de sécurité. Le passage par l’hydrogène demande à peu près six fois plus d’électricité que l’utilisation de pompes à chaleur. Dans l’industrie, l’hydrogène comme combustible ne paraît pas non plus généralement préférable à l’électrification.

Les volumes nécessaires pour la chimie, la sidérurgie, l’aérien et le maritime sont considérables : les effets d’échelle seront là. Il faudra accélérer très fortement le déploiement des énergies renouvelables, car elles devront de surcroît remplacer les centrales thermiques pour les autres usages, actuels et nouveaux, de l’électricité. Si l’hydrogène « bleu » ou « turquoise » vient en renfort, tant mieux, mais ne pas choisir la technique la plus efficace pour chaque usage, ce n’est pas accélérer la transition, c’est la ralentir.

Cédric Philibert est analyste énergies et climat à l’Institut français des relations internationales (IFRI).

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[quote=« Fred, post:1, topic:6963 »]
Cédric Philibert

Entièrement d’accord avec cette analyse.
D’un point de vue écologique et économique, il me parait dommage de ne pas utiliser l’hydrogène « jaune » provenant de l’électricité produite par les centrales nucléaires. Cela permettrait d’utiliser les électrolyseurs à 100 % de leurs capacité et également les centrales nucléaires à un régime proche de 100 % de leur potentiel.

Une très bonne utilisation de l’hydrogène est le transport fluvial qui pourrait se développer beaucoup plus qu’actuellement, par exemple en remettant sur la table le projet de canal rhin rhone à grand gabarit qui avait été enterré par nos partis écologistes en 1997 lors de leur accès au gouvernemant Jospin.

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Merci Fred, la série d’articles sur l’hydrogène que tu partages est riche en enseignements. Les conséquences politiques et environnementales se dessinent et je suis curieux de voir où nos dirigeants vont orienter leurs efforts.

données RTE , conso 2018 en France Hydrogène 990000 tonnes issues d’énergies fossiles carbonées donc avec émissions de CO2 , pour 2035 le rapport RTE préconise de diminuer notre conso de H2 de 30% soit 660000tonnes pour décarboner cette consommation 30TWh d’électricité seront nécessaire …

Merci @Fred, vraiment très riche en information.
Mais pour revenir au plus « basique » et faire un point sur ce qu’est la techno hydrogène, un podcast « La méthode scientifique » (58mn) https://www.franceculture.fr/emissions/la-methode-scientifique/hydrogene-ca-gaze

Oui j’ai écouté ce podcast aussi

Si vous cherchez des chercheurs qui viennent faire la promo de l’hydrogène comme solution miracle c’est effectivement cet épisode de la méthode scientifique qu’il faut écouter, même si ils abordent par moment les inconvénients

Quelques erreurs dont en particulier à la minute 26 où Joeffrey Tourneur , doctorant en thèse CIFRE au sein du laboratoire Institut des Sciences Chimiques de Rennes, explique que le rendement de la charge de l’hydrogène « est de 70% »

Sauf qu’il ne mentionne pas que le rendement TOTAL (du puits à la roue) et de… 22%

L’hydrogène dans les aciéries et les cimenteries DOIT etre la priorité. PAS pour la mobilité

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Et si on lit le plan présenté par les gouvernements, la priorité et le seul objectif réellement chiffré est celui de l’usage industriel. Je ne sais pas pourquoi on subit une série d’articles, à charges ou non, sur l’hydrogène pour le transport alors que tous les plans l’envisagent en premier temps pour l’industrie, la phase transport sera discutée une fois qu’une industrie de l’hydrogène décarboné existera…

sauf que : bus H2, station service H2, train TER H2, navire H2 fleurissent dans toute la France , les chasseurs de subventions H2 sont très dynamiques … A Vannes (56) le département investi 4,5 millions d’€ pour une station service H2 …
Le rapport RTE n’est hélas pas assez lu …

Oui oui on peut lire les news sur toutes les start up du monde et commenter les investissements. Le plan qui comptera c’est celui à 7 milliards portés par le gouvernement, dont 54% iront pour décarboner l’industrie.
L’idée est qu’une fois qu’on aura une filière de production développer pour l’industrie, on pourra parler mobilité.

Est-ce que vous avez entendu parler de la mise au point de ces réservoirs à H2 qui à priori réduirait très fortement le volume et donc le poids nécessaire au stockage?

vu la taille de la cartouche , même pour un vélo … pour un véhicule type Clio 500km = environ 35l pour le réservoir diesel, 100l pour l’ H2 à 700bars ?

A priori on est plutôt sur un facteur 7 entre l’H2 et le diesel donc pour faire les 500km il faudrait 245l de H2 à 700 bar. Par contre, il semblerait qu’avec cette nouvelle techno de stockage on ait une masse volumique supérieure à celle de l’H2 sous 700 bar…à voir de combien

Je ne sais pas où partager cette info mais apparemment il existe bien des sources naturelles d’hydrogène gazeux sur terre :

oui , il existe des « poches » de H2 ( voir débat H2 sur le slack ) mais les réserves sont très faibles

On en parlait un peu là :

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décarboner la production d’hydrogène … plutôt produire de l’ H2 bas carbone : préconisation RTE : diminuer notre conso de H2 à 660kt/an et la produire par électrolyse de l’eau, nous coutera 32TWh/an d’électricité à 60g de CO2/kWh donc 1920000 tonnes de CO2/an = 2,4% des 80millions de tonnnes de CO2/ an , niveau que nous devons atteindre pour obtenir la neutralité carbone en France …
… Allemagne et production bas carbone de l’H2 : en visage d’investir dans des centrales photovoltaique en Afrique du Nord pour produire de H2 par électrolyse : pas assez d’EnR localement , voir les problème de transport ?

Je n’aime pas le mot « plutôt », il ne faut pas opposer des solutions qui vont dans le bon sens de la decarbonation :
Si l’exploitation d’hydrogène naturelle se révélait dans le future énergiquement rentable, cela pourrait toujours être un bon complément.
La conclusion est qu’aujourd’hui nous n’avons tout simplement pas la moindre idée des quantités d’hydrogène naturelle exploitable ni de comment les extraire.
Mais il serait à mon avis dommage d’écarter d’emblée cette solution sans aller plus loin dans l’étude du sujet.

A noter également que l’électrolyse de l’eau par énergie solaire/éolien reste un moyen de produire de l’hydrogène avec un mauvais TRE…

L’électrolyse avec du nucléaire voir même l’électrolyse haute température (HTSE) en utilisant directement la vapeur du circuit des centrales sont de bien meilleurs solutions.

Mais justement c’est ce qui a attiré mon attention en particulier, c’est qu’il existerait des poches mais aussi des flux, donc une production continue de H2, c’est pourquoi parler uniquement de réserves ne me semble pas complètement refléter la réalité, d’une part.
D’autre part je serais très surpris que tous les gisements terrestres et marins aient été explorés à ce jour vu que l’intérêt pour cet hydrogène semble très récent comme en témoigne l’histoire Russe racontée par Prinzhofer.
L’autre conséquence immédiate est qu’il ne faut pas/plus dire que l’hydrogène n’existe pas sur terre à l’état gazeux H2 car c’est faux.

je voulais dire : " une production décarbonée" de l’hydrogène n’est pas le terme approprié , il faut dire hydrogène " bas carbone " on ne sait pas faire zéro émission …RTE emploie le terme « bas carbone »

Bon les gens, c’est encore Noël le réveilleur vient se sortir sa première vidéo sur l’hydrogène.

J’y ai appris des tonnes de choses

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