L'hydrogène provoque une effervescence croissante. En juin dernier, l'Agence internationale de l'énergie (AIE) a publié son premier rapport consacré à ce carburant synthétique, décrivant ses nombreuses utilisations énergétiques et industrielles, et les possibilités qu'elle offre, dans un avenir proche, pour le & quot; & # 39; réduction significative des émissions de CO₂. Qu'est-ce que c'est vraiment? Alors, quelle est cette molécule, comment peut-elle être produite et utilisée, et comment distinguer l'excitation technophile et les opportunités concrètes et économiquement réalistes?

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La molécule d'énergie ultime

Commençons par une once de chimie. Ce qu'on appelle communément l'hydrogène est la molécule de dihydrogène H₂ qui est, avec celle d'Hélium He, la molécule la plus légère. A température et pression ambiantes, c'est un gaz très rare (90 g / m³), qui ne se liquéfie qu'à -253 ^ºC, ou 20 K ("20 Kelvin", soit 20 degrés au-dessus de la température absolue 0). Le grand avantage de l'hydrogène est que cette molécule, étant très faiblement liée, a un énorme contenu énergétique. L'hydrogène par unité de masse contient 3 fois plus d'énergie que le pétrole ou tout autre hydrocarbure fossile (charbon, gaz, etc.). Nous pouvons comprendre cela de manière assez intuitive en considérant les réactions de combustion. La "combustion" est l'acte de brûler un "combustible" en le faisant réagir avec de l'oxygène O₂sachant que l'oxygène est au contraire très fortement contraignant. La réaction de combustion élimine l'hydrogène des molécules, il l'oxyde, c'est-à-dire le combine avec l'oxygène, qui donne de l'eau H₂O, tandis que les déchets énergétiques, pour les carburants à base de carbone, sont le dioxyde de carbone CO₂, molécule dépourvue d'énergie chimique. Les molécules hydrogénées ou moins oxydées – nous disons aussi des molécules «réduites» – comme les combustibles fossiles (hydrocarbures), les sucres, les graisses et autres molécules organiques, transportent donc de l'énergie chimique, tandis que les molécules plus «oxydées» en sont vidées. L'oxygène et l'hydrogène sont en quelque sorte le Ying et le Yang de la chimie organique, de l'énergie et même de la vie sur Terre. La réaction de combustion met également en lumière le nom «hydrogène»: substance provenant de l'eau, qui génère de l'eau lorsque la molécule qui la contient est brûlée.

Un gaz industriel déjà omniprésent aux multiples potentiels

L'hydrogène pur n'existe pratiquement pas dans la nature, étant trop réactif en raison de son contenu énergétique élevé. Ce n'est pas un carburant naturel, mais plutôt un «vecteur d'énergie», car il est presque toujours produit et utilisé par l'homme pour transporter l'énergie entre une source primaire et une utilisation finale.

L'hydrogène est loin d'être une "nouvelle technologie", il est déjà massivement présent dans notre système énergétique et industriel actuel.

L'hydrogène est loin d'être une "nouvelle technologie", il est au contraire massivement présent dans notre système énergétique et industriel actuel. La production annuelle d'hydrogène pur atteint 73 Mt (millions de tonnes) dans le monde, auxquelles s'ajoutent 42 Mt d'hydrogène produit dans des mélanges gazeux dont il n'est pas isolé, comme l'illustre la figure 1. La production «dédiée» de 73 Mt d'hydrogène provoque l'émission de 830 Mt de CO₂ par an, soit 2,5% des émissions mondiales de CO₂, car aujourd'hui environ 2/3 de l'hydrogène est produit à partir du gaz naturel, par reformage du méthane, et environ 1/3 par gazéification du charbon. Ainsi, la production d'hydrogène pur consomme 6% de gaz naturel et 2% de charbon à l'échelle mondiale (1). Nous ne pouvons pas dire que l'hydrogène est une composante mineure de nos économies! Mais comme ses utilisations sont industrielles, il est peu connu du consommateur final.

En fait, l'hydrogène est produit dans des réacteurs industriels fermés, souvent dans de grands complexes chimiques, et passe sa vie dans des tuyaux jusqu'à son utilisation finale. Comme le montre la figure 1, l'hydrogène est aujourd'hui principalement utilisé comme vecteur d'énergie chimique, agent réducteur (c'est-à-dire désoxydant) ou précurseur d'autres molécules d'énergie (2). Sa première utilisation (38 Mt) est dans le raffinage du pétrole (5 à 10 kg d'hydrogène par tonne de brut), dont il élimine le soufre et autres impuretés. En tant qu'agent réducteur, il est également utilisé (mixte) dans la sidérurgie, remplaçant une petite partie du charbon, notamment par la technique de réduction directe du fer, en anglais DRI, qui pourrait également fonctionner avec de l'hydrogène pur. En tant que précurseur chimique, l'hydrogène est massivement utilisé pour produire, en premier lieu (32 Mt), de l'ammoniac NH₃, qui est le précurseur de tous les engrais azotés dans le monde et de la plupart des explosifs. Combiné avec du carbone (le plus souvent du monoxyde de carbone CO obtenu à partir du même combustible fossile), 12 Mt d'hydrogène sont utilisées pour produire du méthanol (CH₃OH). Cet alcool, le plus simple, est un précurseur d'une vaste descendance de plastiques et autres produits chimiques (solvants, adhésifs, etc.), et est également un carburant qui peut être mélangé à de l'essence, notamment en Chine. Enfin, l'hydrogène est également utilisé dans l'industrie alimentaire, la production de verre, etc.

En tant que carburant, l'hydrogène, gaz invisible et inodore, est un véritable concentré d'énergie, qui brûle très facilement, ce qui présente un certain danger d'explosion. Cependant, sa légèreté signifie qu'il se disperse très rapidement dans l'air en cas de fuite. Il peut brûler dans des environnements gazeux, par exemple pour la production électrique pour remplacer le gaz ou le charbon (utilisation encore peu développée, mais nécessaire à long terme pour surmonter les creux de la production d'énergie renouvelable), ainsi que dans les fours industriels, notamment dans la sidérurgie , ou dans les brûleurs domestiques pour le chauffage et la cuisson. On peut noter que le "gaz de ville", avant l'arrivée du gaz naturel (méthane) des années 50, était du gaz de houille, contenant un mélange de H₂, CO, CH₄, etc. – c'est-à-dire que l'hydrogène fait depuis longtemps partie de l'énergie domestique quotidienne!

La combustion de l'hydrogène peut également être réalisée dans des piles à combustible (PAC), des appareils électrochimiques portables (à l'inverse des électrolyseurs décrits ci-dessous) qui font réagir un carburant avec de l'oxygène dans l'air pour produire directement de l'électricité. . Les pompes à chaleur fournissent une combustion propre, n'émettant que de la vapeur d'eau, avec un rendement élevé de près de 60%, supérieur à celui d'un moteur thermique de voiture qui est plutôt de 36 à 42%. Une pompe à chaleur peut alimenter un moteur de véhicule (comme la flotte de taxis parisiens, 600 prévus pour fin 2020), un bus, un train (déjà un train opérant en Allemagne), un navire ou une station électrique autonome dans une zone éloignée- réseau, station spatiale, bâtiment, etc. Leur principal inconvénient est leur coût encore élevé, près de 20 000 euros aujourd'hui pour une pompe à chaleur automobile.

De l'hydrogène gris à l'hydrogène vert

Si l'hydrogène est aujourd'hui majoritairement sale, ou "gris", car il provient de fossiles, il peut aussi être "vert", c'est-à-dire produit à partir d'énergies renouvelables. On sait en effet le produire depuis le XIX^e siècle par "électrolyse", en appliquant de l'électricité à l'eau, pour briser la molécule H₂O dans l'hydrogène H₂ et oxygène O₂. L'efficacité de conversion de l'énergie électrique en énergie chimique (qui peut être restaurée par combustion) est généralement de 60 à 70%, allant jusqu'à 80% avec les technologies émergentes à haute température.

La production électrolytique d'hydrogène n'est pas nouvelle non plus! Elle a notamment été massivement utilisée des années 1920 aux années 1990, pour produire de l'ammoniac à partir d'engrais, d'hydroélectricité, en Norvège pour l'Europe, à Assouan en Égypte, au Canada, au Zimbabwe, avec des électrolyseurs de plus de 100 MW de puissance, et des coûts -effectivement (2). C'est l'arrivée du gaz à bas prix dans les années 1960 qui a permis à ce combustible fossile de détrôner l'hydrogène vert.

Hydrogène vert de l'hydroélectricité a été largement utilisé des années 1920 aux années 1990 pour produire de l'ammoniac à partir d'engrais azotés

La troisième catégorie est l'hydrogène "bleu", produit de manière standard à partir de gaz ou de charbon, mais avec capture et séquestration du CO₂ émis, généralement dans des réservoirs de gaz ou de pétrole abandonnés. Il convient toutefois de noter que la décharge souterraine de CO₂, bien que déjà existant, ne suscite pas toujours la plus grande confiance, en raison du risque toxique en cas de fuite, des problèmes d'acceptabilité, des incertitudes sur la maturité et les coûts ainsi qu'en raison du risque moral inhérent, puisqu'il permet «écologiser» une industrie en façade, mais sans rien changer à ses procédés, sauf la capture et la gestion des déchets finaux. Le fait que ce soit l'industrie fossile qui la promeut en premier lieu présente également un risque de conflit d'intérêts par rapport aux informations présentées comme scientifiquement neutres sur la prétendue maturité et faisabilité du secteur.

Un enjeu majeur, aujourd'hui, pour la transition énergétique est de parvenir à produire, massivement et à faible coût, de l'hydrogène vert par électrolyse ou, éventuellement, en phase transitoire, de l'hydrogène bleu si la séquestration du CO₂ s'est avéré localement fiable et réel. Mais finalement, seul le secteur vert est authentiquement durable et vertueux.

Transformez les énergies renouvelables électriques variables en carburants stockables et transportables

Le gros avantage de l'électrolyse est qu'avec la perte de 1/3 de l'énergie utilisée, on transforme une électricité variable, par exemple solaire ou éolienne, disponible selon la météo, difficile à stocker et à transporter, en une matière et une énergie stable transporteur, qui peut ensuite être stocké à des coûts beaucoup plus modérés (environ 100 fois moins cher que le stockage électrique sur batterie, ou même 10000 fois moins si des cavités souterraines peuvent être utilisées), et transporté dans des tuyaux, des pipelines, des bateaux, etc., ce qui représente avantages. En effet, en passant de l'électricité (flux) à la substance (stock), on se débarrasse de la variabilité temporelle et on réduit considérablement les coûts de stockage et de transferts temporels qui sont aujourd'hui, probablement, le principal obstacle au déploiement des énergies renouvelables.

Ainsi, l'hydrogène représente un levier essentiel pour la transition des climats fossiles aux énergies renouvelables. D'une part, parce que sa production par électrolyse est flexible, pouvant suivre les courbes de production d'électricité solaire ou éolienne qui sont très variables, et aussi, absorber les excès massifs qui deviennent inévitables à fort déploiement, constituant ainsi une voie de stockage. énergie. Mais aussi, parce que l'hydrogène opère un «couplage» entre le secteur de l'électricité, à partir duquel la majeure partie de la production primaire d'énergie décarbonatée est attendue, dans tous les principaux scénarios de transition énergétique (en raison des potentiels mondiaux de l'énergie solaire et éolienne), vers le le secteur des carburants, aujourd'hui majoritairement fossile (gaz, pétrole, charbon), qui sont l'épine dorsale de notre civilisation, fournissant plus de 80% de l'énergie primaire mondiale, pour tous les secteurs économiques.

Ainsi, parce qu'il permet de transformer l'électricité renouvelable en combustibles gazeux et liquides, l'hydrogène constitue le «chaînon manquant» permettant de concevoir la décarbonatation de tous les secteurs, et pas seulement l'électricité, qui doit bien sûr être décarbonée, mais aussi monopolise souvent le débat public alors qu'il ne représente actuellement qu'environ 40% de la consommation d'énergie primaire et 20% des utilisations finales d'énergie.

De l'hydrogène aux carburants synthétiques

Le gros inconvénient de l'hydrogène est sa légèreté insupportable! En effet, étant la molécule la plus petite et la plus légère, elle reste, pour un carburant, difficile et coûteuse à stocker et à transporter. Avec seulement 90 g de H₂ par m³ à pression ambiante, il faut le transporter pour le comprimer fortement, ou bien le liquéfier, mais cela nécessite un refroidissement à -253 ^°C, et consomme l'équivalent de 30% de son énergie … Autre souci, l'hydrogène est une molécule si petite qu'elle fuit très facilement, et peut même se faufiler et se diffuser à travers certains matériaux, notamment l'acier, dont elle finit par affaiblissement. C’est pourquoi les réservoirs d’hydrogène sont environ 100 fois plus chers que les réservoirs de gaz conventionnels.

Par exemple, pour une voiture à hydrogène avec 500 km d'autonomie, vous avez besoin d'un réservoir d'hydrogène de 5 kg, comprimé à 700 bars, en acier, fibres de carbone et polymères, qui pèse 87 kg. Un camion transportant des bouteilles d'hydrogène, transporte essentiellement de la ferraille! Si ce réservoir ne coûte qu'environ 2000 euros (contre environ 20000 euros pour une batterie de voiture électrique), ce sont les coûts tout au long de la chaîne de valeur, de la production à la distribution, qui rendront l'hydrogène cher à la pompe.

Pour les mêmes raisons, l'hydrogène n'est généralement pas injectable directement dans les réseaux de gaz à plus de 10-20% en volume (soit seulement 3-6% en énergie), ce qui est dommage, car il aurait alors pu facilement décarboniser une grande quantité d'utilisations (chauffage, cuisine, usages industriels) des immenses infrastructures disponibles que sont les réseaux de gaz, dont la valeur aux USA par exemple, est estimée à 1000 milliards de dollars (3). Pour ces raisons, dans de nombreuses applications, il peut être plus efficace économiquement, voire essentiel, de transformer l'hydrogène en molécules plus lourdes.

On parle alors de "carburants synthétiques": la stratégie étant de faire comme des plantes qui en photosynthèse, en plus d'extraire l'hydrogène de l'eau grâce à l'énergie solaire, "le recollent" sur des squelettes de carbone, plus lourds, obtenus à partir de CO₂ l'air, produisant des glucides naturels (sucres, etc.). Pour nous les humains, deux approches pour alourdir l'hydrogène sont principalement envisagées.

La première consiste à transformer l'hydrogène H₂ NH ammoniac₃ déjà mentionné, précurseur de tous les engrais azotés, qui fourniraient la moitié de la nourriture humaine totale. La synthèse de l'ammoniac se fait par combinaison avec de l'azote N₂ l'air par le fameux procédé Haber-Bosch (doublement nobelisé), qui a permis, dès les années 1930, de remplacer les engrais azotés naturels, dérivés des nitrates ou du guano, par des engrais synthétiques. L'ammoniac n'est pas seulement intéressant à décarboniser en soi, il peut aussi être un carburant à usages multiples, ayant par exemple alimenté des bus en Belgique pendant la Seconde Guerre mondiale. Malgré sa toxicité, il a été largement utilisé pendant des décennies avec un historique d'accidents très faible, et les techniques de transport et de stockage sont largement matures et disponibles, par exemple, avec 5000 km de pipelines dans le Midwest américain à partir des ports du Texas pour les engrais utilisation.

La deuxième approche, comme les plantes, consiste à attacher de l'hydrogène aux atomes de carbone du CO₂, et ainsi produire des hydrocarbures synthétiques (méthane, diesel ou kérosène synthétique), ou des alcools, principalement du méthanol. Tous ces processus sont déjà bien connus et technologiquement matures. L'enjeu majeur aujourd'hui est de les adapter pour fonctionner avec de l'hydrogène électrolytique vert, dont le flux de production est très variable et n'est plus continu comme celui de l'hydrogène issu de fossiles dans l'industrie chimique actuelle. Cette variabilité est gérable via différents types de flexibilité ou de stockage, mais tous ont des coûts qui doivent être compris et maîtrisés (voir par exemple (4)).

Les électro-carburants verts permettent de planifier la décarbonisation des secteurs les plus restrictifs: transport aérien, maritime, industrie lourde

Avec ces électro-carburants verts, on peut alors envisager de décarboniser les secteurs les plus contraignants, par exemple le transport aérien (avec du kérosène synthétique) et maritime (plutôt avec de l'ammoniac), pour lesquels l'utilisation de batteries géantes est impensable et celle de l'hydrogène difficile, en raison au poids, au volume et au coût des réservoirs requis. Ainsi, le constructeur de moteurs navals MAN annonce que le premier moteur maritime à ammoniac pourrait être utilisé début 2022 (5).

L'avantage de l'ammoniac vert est que pour le produire, vous n'avez besoin que d'électricité verte, d'eau et d'air (puisque l'atmosphère contient 80% d'azote), tandis que les hydrocarbures de synthèse ou de méthanol, plus pratiques à utiliser, nécessitent de trouver du CO₂, qui dans l'air est très dilué (0,04% en volume) et dont la capture atmosphérique directe nécessite beaucoup d'énergie et reste chère. C'est pourquoi, pour les carburants synthétiques à base de carbone, l'industrie se tourne plutôt pour le moment vers des sources industrielles de CO₂ de la combustion de fossiles, ce qu'on appelle la capture et l'utilisation du CO₂ou "recyclage du CO₂ ". Dans un tel diagramme, l'atome de carbone C porteur d'énergie hydrogénée est utilisé a 1^ré fois dans la combustion initiale conventionnelle, puis, après capture et recyclage du CO₂ émis, un 2^e fois dans le carburant synthétique. Ce recyclage réduit le bilan des émissions d'environ la moitié, mais n'atteint pas la neutralité carbone qu'il est désormais indispensable de prévoir.

Une voie prometteuse est l'utilisation de la biomasse, dont la teneur en carbone dépasse d'un facteur 2 à 4 sa teneur énergétique, ce qui signifie par exemple qu'en injectant de l'hydrogène dans un méthaniseur à base de déchets agricoles ou urbains, au lieu de produire environ 40% méthane et 60% CO₂, nous pourrions "augmenter" la production de méthane d'un facteur 2,5 en fournissant de l'hydrogène vert, où l'énergie viendrait pour 1/3 de la biomasse et pour 2/3 de l'hydrogène vert.

Baisse des coûts, un boom imminent?

Selon l'AIE, l'hydrogène gris (sale) coûte désormais 1 à 1,7 $ / kg à produire, vert, 2 à 5 $ / kg (1), en fonction principalement du coût de l'électricité renouvelable, mais ce coût pourrait baisser rapidement, comme les réductions de coûts spectaculaires enregistrées au cours de la dernière décennie par l'énergie renouvelable solaire et éolienne, qui est aujourd'hui dans de nombreux pays, les sources d'électricité les moins chères, grâce à l'apprentissage et à la production de masse. Ainsi, selon plusieurs analyses récentes dont celles de l'AIE (1) ou du BNEF (6), l'électricité solaire ou éolienne, coûtant déjà moins de 30 $ / MWh à produire dans des zones géographiques favorables (Moyen-Orient, Chili, Inde, Chine, etc. .), produira sans cesse de l'hydrogène vert à moins de 2 $ / kg, proche du niveau d'hydrogène bleu, voire gris, et à moins de 1,5 $ / kg en 2030-2040. Ainsi, il devient envisageable de l'utiliser pour décarboniser de très nombreuses applications, sans qu'une taxe carbone élevée ne soit nécessaire pour assurer sa compétitivité face à l'hydrogène gris.

Le buzz de l'hydrogène vert est actuellement mesuré par le bond en avant spectaculaire des projets annoncés. En 2018, 135 MW d'électrolyseurs ont été vendus au Conseil Chauffage dans le monde (6), avec de nombreux petits projets ou pilotes de quelques MW au maximum. En septembre dernier, le projet australien Moranbah, par exemple, annonçait d'un coup 160 MW d'électrolyseur (7), pour la production d'ammoniac vert! Plusieurs annonces similaires ont également eu lieu récemment, notamment au Chili et en Chine. Et même en discussion, toujours en Australie, des projets de plusieurs GW (8), en raison de l'immense potentiel solaire et éolien (et combiné), et du rôle stratégique que ce pays se voit jouer en tant qu'exportateur de carburant renouvelable , et de la volonté déclarée du Japon, notamment, d'importer des énergies renouvelables qu'il ne peut produire sur son territoire très exigu et densément peuplé. Ainsi, l'hydrogène, ou plutôt ses dérivés, transportables par bateau, sont destinés à devenir les vecteurs du commerce international des SER des pays fortement dotés vers ceux dont le potentiel domestique est insuffisant, ou trop cher à exploiter.

Malgré une baisse rapide des coûts de production, les coûts d'infrastructure, de transport et d'utilisation restent élevés

Si une hausse de l'hydrogène vert semble donc se profiler grâce à la baisse attendue de ses coûts de production, il convient de noter, d'autre part, que les coûts des infrastructures de transport, de la distribution et des équipements utilisateurs peuvent constituer un obstacle majeur selon usage. Par exemple, pour la mobilité légère, pour que le coût du carburant par km soit au même niveau que l'essence à 1,5 € / L, l'hydrogène doit coûter 9 € / kg à la pompe, ce qui est presque déjà le cas en France avec un prix actuel de 10-12 € / kg. Mais dans ce prix (qui est pour l'hydrogène gris), ce qui domine largement ce sont les coûts de transport et les terminaux de distribution sous pression. Et surtout, le principal obstacle reste le coût très élevé des véhicules, autour de 60000 €, qui est néanmoins espéré de fortes baisses à venir, notamment pour les PAC dont le prix pourrait être divisé par 4 à long terme, selon l'AIE. (1).

Et en Europe et en France?

L'Europe et la France souhaitent être pleinement impliquées. En France, 900 000 t d'hydrogène gris sont actuellement produites par an, émettant 11 Mt de CO₂, soit 2,8% des émissions domestiques. Le plan Hulot pour l'hydrogène de juin 2018 avait habilement privilégié le développement des filières hydrogène propre par rapport aux usages industriels massifs déjà présents, à commencer par le raffinage du pétrole. Il serait en effet nuisible de voir l'hydrogène comme un gaz exotique, et de ne le penser qu'à travers la voiture à hydrogène, car ce développement nécessite le déploiement d'infrastructures lentes et difficiles à rentabiliser tant que les utilisateurs sont peu nombreux. nombreux, alors qu'un déploiement massif d'hydrogène vert est urgent pour réduire les coûts de production et de distribution, et déjà éliminer les émissions de CO₂ d'hydrogène gris actuel et au-delà. C'est donc au sein des complexes industriels, généralement portuaires, que les meilleures opportunités se présentent. Parallèlement, le plan Hulot visait à soutenir la pénétration de l'hydrogène vert dans la mobilité, mais plutôt pour les utilisations longue distance ou à forte charge, notamment le remplacement des trains diesel sur les petites lignes où l'électrification semble trop coûteuse à installer, camions, véhicules utilitaires légers , les bus et les flottes captives telles que les véhicules logistiques dans les ports. Il est cependant regrettable que le plan Hulot, de 100 M € / an, n'ait pas été approuvé et budgétisé, posant toujours la question de l'effort économique acceptable par notre système de gouvernance resserré sur l'exigence de croissance et de compétitivité …

Les meilleures opportunités pour commencer à déployer de l'hydrogène vert se trouvent dans les complexes industriels, généralement portuaires.

Le port de Rotterdam, 1^st port européen, est fortement positionné (8) du fait de la forte demande locale de 400 000 t de H₂ par an pour le raffinage et les infrastructures actuelles. Air Liquide exploite déjà 900 km de gazoducs, reliant Rotterdam, Anvers et Dunkerque, comme le montre la figure 2. La proximité de la mer du Nord et ses excellentes ressources éoliennes offshore, permet de concevoir différents schémas allant de la production de green de l'hydrogène à l'hydrogène bleu provenant des décharges de méthane et de CO importées₂ sous la mer, une technique dont la Norvège est pilote.

En France, les deux plus grands projets sont proposés par H2V près de Dunkerque et Le Havre, pour des capacités de 200 MW d'électrolyseurs pour produire 28 000 t de H₂ par an chacune, légèrement inférieure aux 400 MW proposés à Rotterdam, destinés à remplacer l'hydrogène fossile dans la raffinerie, et à injecter partiellement dans les réseaux de gaz. A titre de comparaison, la quantité d'hydrogène pour un seul de ces projets de 200 MW correspond à la consommation de 280 000 voitures à hydrogène (20 000 km / an), alors que la flotte française a jusqu'à présent évalué à 500 véhicules … On comprend que pour démarrer le déploiement de la filière, ce sont les applications industrielles qui doivent être ciblées en premier.

Un rôle crucial à jouer dans la transition énergétique, soumis à la sobriété avant tout

À travers ses multiples utilisations possibles et son rôle éminemment pivot en tant que molécule d'énergie essentielle reliant l'électricité et les carburants, il est désormais clair que la question n'est plus de savoir si l'hydrogène propre (bleu, mais surtout vert) peut ou doit jouer un rôle majeur dans la transition énergétique. C'est un fait désormais établi pour les analystes et les décideurs. C'est même un fait tangible puisque son écologisation (production à partir d'énergies renouvelables) et son développement dans des usages industriels conventionnels (raffinage, ammoniac) et au-delà, ont démarré, et des projets pilotes et sans cesse commerciaux se multiplient pour utiliser l'hydrogène vert sur de longues et longues distances transports, la sidérurgie (qui émet la bagatelle de 7% de CO₂ anthropique lié à l'énergie), etc. Aujourd'hui, le défi pour les politiques publiques est de mesurer et de planifier intelligemment les potentiels, les itinéraires, les logiques à suivre, car il s'agit de déployer, à très court terme, par rapport aux révolutions industrielles précédentes (moins plus de 20 ans pour répondre à l'urgence climatique), une infrastructure de production d'énergies renouvelables, d'hydrogène, de carburants synthétiques, de transport, de stockage et d'appareils pour utiliser ces matériaux énergétiques, à une échelle suffisante pour remplacer la majeure partie des fossiles.

Les questions posées par l'hydrogène sont complexes, car il intervient de multiples façons, et doit être pensé en synergie avec les autres outils de la transition énergétique, par ordre d'importance (selon nous): sobriété, énergies renouvelables (dont la biomasse), efficacité énergétique, nucléaire, séquestration de CO₂, avec les réserves importantes nécessaires pour les deux derniers. Le piège évident serait de croire à une solution miraculeuse, permettant de perpétuer le mythe d'une croissance économique infinie devenue soudainement verte (ou immatérielle), un «découplage» qui n'a jamais été vu et surtout pas à l'échelle d'aujourd'hui. nécessaire et n'a aucune raison de tomber du ciel, au contraire même en raison de la dégradation écologique en cours – comme expliqué par exemple, le récent rapport " Découplage démystifié (dix).

L'hydrogène, même vert, ne pourrait en aucun cas perpétuer les déchets énergétiques actuellement alimentés par les énergies fossiles, dont la commodité n'a d'égal que leur pouvoir de destruction écologique universelle. Pour la transition, ni l'hydrogène ni aucune autre technologie ne peuvent nous dispenser de s'attaquer en premier lieu au niveau mondial non durable de consommation d'énergie et de matériaux, qui est sur le point de détruire l'essentiel de la vie sur Terre. Le premier défi est de stopper la logique productiviste qui sous-tend la croissance économique et celle des flux physiques provoqués par l'homme.

Faisons donc une déclaration ferme: non, l'hydrogène vert ne sortira pas l'humanité de sa folie énergétique actuelle ou de la menace climatique. Son déploiement massif est souhaitable et pourrait être financièrement compétitif, dans des cas faciles. Mais ce déploiement à l'échelle nécessaire à une décarbonisation profonde, vers la neutralité carbone, implique des choix qui doivent être faits sans délai, bien que coûteux, souvent difficiles, nécessitant un déploiement industriel phénoménal des énergies renouvelables, et des efforts économiques aujourd'hui. inconcevable pour les décideurs. En effet, cette décarbonisation profonde nécessite de choisir volontairement des augmentations de coûts – dont l'abandon des investissements dans les filières fossiles avant que la dépréciation ne soit la moindre – et des pertes de compétitivité importantes, qui consistent à organiser la baisse de la production industrielle et de la consommation finale à l'échelle mondiale. A noter que cette affirmation ne prend même pas en compte les autres limitations à l'économie mondiale posées par la disponibilité de ressources matérielles (11), de terrains pour installer des énergies renouvelables dont l'empreinte est très largement supérieure à celle de l'extraction de fossiles, ainsi que la de nombreuses autres pollutions industrielles, qui ne font qu'ajouter de lourds arguments pour un besoin urgent de sobriété organisée.

La transition énergétique doit être tricotée avec les deux aiguilles que sont la technologie et la sobriété organisée

On peut se représenter la transition comme un tricotage avec deux aiguilles. La première est la technologie, qui est essentiellement déjà présente (et dont l’hydrogène fait partie), avec des gains de rendements et d’efficacités incrémentaux possibles, mais pas de progrès révolutionnaire à prévoir ni à espérer. La tendance actuelle en effet est souvent plutôt au déclin global des efficacités dues à la raréfaction progressive des ressources, parfois déjà proche de la critique (voir (11)), et aux pollutions. La seconde aiguille, fondamentalement plus importante, mais beaucoup plus problématique aujourd’hui, est celle de la visée civilisationnelle de fond. Seule une logique de sobriété collective, et donc de «décroissance», assumée et organisée dans la justice sociale et géopolitique, visant à réduire les consommations énergétiques et matérielles à un niveau soutenable (et donc, certainement aussi, le PIB), peut permettre de tricoter la transition nécessaire devenue urgence absolue. Ceci, en assurant d’abord les besoins de base de chaque être humain, donc, en supprimant les consommations fastueuses ou superflues, celles des richesses et surtout dans les pays riches. C’est donc par un rappel urgent et lucide à la nécessaire bifurcation vers la sobriété organisée, comme changement de paradigme, que nous concluons cet article à la visée technologique initiale.

Les références :

(1) AIE. L'avenir de l'hydrogène. OCDE, Paris, 2019.

(2) Philibert C. Énergies renouvelables pour l'industrie. AIE, OCDE, Paris, 2017.

(3) Webber ME. Voyage en puissance – Une histoire d'énergie. New York: Basic Books, 2019.

(4) Armijo J, Philibert C. Production flexible d'hydrogène vert et d'ammoniac à partir de l'énergie solaire et éolienne variable: étude de cas du Chili et de l'Argentine. Journal international de l'énergie hydrogène, 2020; 45: 1541–58. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.11.028.

(5) Brown T. MAN Energy Solutions: un moteur à ammoniac pour le secteur maritime. Ammonia Energy Association, 2019. https://www.ammoniaenergy.org/articles/man-energy-solutions-an-ammonia-engine-for-the-maritime-sector/.

(6) BNEF. Hydrogène: l'économie de la production sous forme d'énergies renouvelables. Coûts à chuter, 2019.

(7) ARÈNE. L'hydrogène renouvelable pourrait alimenter l'installation d'ammoniac de Moranbah. Agence australienne des énergies renouvelables, 2019. https://arena.gov.au/news/renewable-hydrogen-could-power-moranbah-ammonia-facility/.

(8) Maisch M. Siemens soutient un plan d'hydrogène vert de 5 GW pour l'Australie. PV Magazine International, 2019. https://www.pv-magazine.com/2019/10/08/siemens-backs-5-gw-green-hydrogen-plan-for-australia/

(9) Port intelligent. Rotterdam Hydrogen Hub. 2019.

(10) EEB. Découplage démystifié – Preuves et arguments contre la croissance verte comme seule stratégie de durabilité, 2019.

(11) Bihouix P. L’Âge des low-tech: Vers une civilisation techniquement soutenable. Seuil, collection Anthropocène; 2014.