Secteur de l'hydrogène : le carburant du futur développé aujourd'hui

Avec la hausse des effets du changement climatique global, il devient nécessaire d'augmenter les approvisionnements énergétiques avec des sources durables et propres. Parmi le mix énergétique, l'hydrogène présente de nombreux atouts et son exploitation est en mesure de révolutionner la façon dont nous produisons l'énergie mondiale.

L'hydrogène est l'élément le plus abondant du tableau périodique, même s'il n'est pas librement disponible et si sa production nécessite un traitement chimique. Sa densité énergétique élevée et ses propriétés zéro émission de carbone en font une alternative durable et convaincante aux combustibles fossiles classiques pour le stockage et la production d'énergie.

Utilisé comme combustible, l'hydrogène ne libère que de la vapeur d'eau, et diverses méthodes de production permettent de le produire, de le stocker et de le consommer sur demande. De plus, l'hydrogène peut être transporté, ce qui, nonobstant quelques difficultés non négligeables, augmente sa flexibilité et sa fiabilité comme source d'énergie durable.

Cependant, comme dans la plupart des initiatives industrielles, l'économie de l'hydrogène et l'adoption de process à hydrogène comportent plusieurs défis, principalement liés au manque d'infrastructures et de réglementations existantes.

Une des premières étapes pour comprendre l'hydrogène est de reconnaître les différentes méthodes de l'obtenir ou de le produire, chacune avec diverses implications financières, durables et réglementaires.

Comme n'importe quel consommable, l'hydrogène peut seulement être aussi propre et écologique que sa méthode de production. Un système codé par couleur est utilisé pour distinguer le niveau de compatibilité écologique de l'hydrogène. Il y a encore plus de couleurs dans la palette, mais ce sont les principales alternatives, avec le méthane étant le composant principal du gaz naturel.

• Hydrogène gris : actuellement la méthode de production la plus répandue, l'hydrogène gris est produit à partir de gaz naturel par reformage du méthane à la vapeur (SMR) ou reformage autothermique (ATR). Bien que ces procédés soient rentables, ils rejettent tous deux des quantités importantes de dioxyde de carbone dans l'atmosphère, annulant la plupart des avantages environnementaux de l'utilisation de l'hydrogène gris comme combustible.
• Hydrogène bleu : obtenu comme l'hydrogène gris à partir de gaz naturel par SMR et ATR, l'hydrogène bleu incorpore des technologies de captage et de stockage du carbone (CSC) afin de capter et stocker les émissions de dioxyde de carbone émises pendant la production. Cette méthode est considérée plus durable en raison du CSC, mais cela la rend plus onéreuse. L'ATR est mieux adapté à la production d'hydrogène bleu car il produit un flux plus pur de dioxyde de carbone que SMR.
• Hydrogène vert : l'hydrogène vert est produit par électrolyse, un process qui utilise l'électricité renouvelable issue de sources d'énergie propres comme l'éolien, le solaire ou l'hydroélectrique. Cette méthode ne crée aucune émission de carbone, ce qui en fait l'option la plus durable. Les coûts de production et l'approvisionnement en énergie renouvelable sont toutefois un problème.
• Hydrogène turquoise : technologie émergente, la production d'hydrogène turquoise utilise la pyrolyse du méthane, qui nécessite la décomposition du méthane - le composant principal du gaz naturel - en hydrogène et en carbone solide. Encore en phase de développement, cette méthode fournit une alternative à faibles émissions à l'hydrogène gris lorsque le sous-produit carbone est utilisé ou stocké efficacement.

Même si elle en est à ses tout débuts, l'économie de l'hydrogène commence à prendre forme, affichant la polyvalence et le potentiel pour une adoption généralisée à travers le monde. L'hydrogène est déjà un élément important dans de nombreux process industriels, de la production d'ammoniac pour les engrais aux process de raffinage pour les produits pétroliers.

Dans le secteur des transports, les véhicules électriques à piles à combustible (VPC) alimentés en hydrogène gagnent du terrain, offrant une alternative zéro émissions avec des temps de ravitaillement bien plus rapides comparés aux véhicules électriques à batterie, qui se comptent en minutes et non en heures. L'hydrogène peut également être utilisé dans les piles à combustible fixes pour la production d'électricité, fournissant une électricité fiable pour les foyers et les entreprises, en particulier dans les régions reculées ou avec un accès limité au réseau.

En outre, l'hydrogène est un moyen efficace de stocker l'énergie, notamment pour capturer l'excès d'énergie renouvelable produite pendant les périodes de pointe afin de la stocker pour une utilisation ultérieure. Contrairement aux batteries - qui sont mieux adaptées pour le stockage d'énergie à court terme - la capacité de l'hydrogène de stocker de grandes quantités d'énergie pour des périodes prolongées le rend idéal pour le stockage saisonnier, aidant ainsi à faire face aux fluctuations dans la production d'énergie renouvelable. Comparé au stockage par batterie, le stockage hydrogène nécessite beaucoup moins d'espace et de poids, avec pratiquement aucune perte d'énergie au fil du temps.

Compléter les méthodes de production d'énergie fossile avec l'énergie hydrogène aidera à répondre à beaucoup de problèmes climatiques auxquels l'humanité et la planète font face aujourd'hui, notamment en termes d'émissions de gaz á effet de serre. À mesure que l'économie d'hydrogène se développe, les entreprises sont en mesure d'atténuer le changement climatique et d'atteindre leurs objectifs de durabilité.

En outre, l'hydrogène augmente la sécurité énergétique en diversifiant les approvisionnements énergétiques et en réduisant la dépendance aux sources d'énergie classiques qui peuvent être de plus en plus impactées par la dynamique géopolitique. L'économie d'hydrogène offre une opportunité de favoriser l'innovation, créer de nouvelles industries et emplois et stimuler la croissance économique à travers la chaîne de valeur. L'augmentation de procédés industriels fonctionnant à l'hydrogène réduit également les polluants atmosphériques, ce qui entraîne une meilleure qualité de l'air - en particulier dans les zones densément peuplées - et des avantages pour la santé publique. 

Malgré tous ses atouts, la mise en place généralisée de l'économie de l'hydrogène fait face à plusieurs obstacles. 

Tout d'abord, même si l'hydrogène vert fournit une option zéro émission pour l'alimentation des infrastructures, il reste beaucoup plus cher pour produire de l'énergie que les combustibles fossiles traditionnels. Diminuer le coût de la production d'hydrogène vert est l'une des priorités phares pour encourager la filière de l'hydrogène. 

De même, l'hydrogène bleu ajoute des coûts significatifs à la production d'hydrogène gris, et des incitations à son utilisation sont donc nécessaires. 

En outre, l'hydrogène manque d'infrastructures robustes et développées pour la production, le stockage, le transport et la distribution. Tous ces aspects impliquent un investissement important dans la construction de nouvelles infrastructures et l'adaptation des infrastructures existantes pour manipuler l'hydrogène de manière sûre et efficace. Cela nécessite également la confiance du public et l'acceptation des technologies hydrogène dans les process industriels et grand public, avec des campagnes de sensibilisation afin d'informer sur les avantages de l'hydrogène, de répondre aux interrogations en termes de sécurité et de déboulonner certains mythes.

Enfin, les protocoles et règlements de sécurité sur toute la chaîne de valeur doivent être largement connus et compris, des méthodes de production et de stockage au transport et à l'utilisation finale. Les organismes de réglementation jouent un rôle important dans l'éducation des utilisateurs actuels et potentiels d'hydrogène et dans la contribution à sa mise en place. 

Les gouvernements et les organismes de réglementation jouent un rôle crucial dans la promotion de l'économie de l'hydrogène avec des politiques et des incitations ciblées. Cela se manifeste notamment par des taxes carbone, des crédits d'énergie renouvelable ou des systèmes de quotas d'émissions, qui rendent l'énergie verte plus attrayante. Par exemple, la loi sur la réduction de l'inflation de 2022 aux États-Unis inclut des avantages fiscaux pour l'énergie propre et d'autres dispositions pour accroître la production d'énergie renouvelable. En même temps, le Japon et la Corée du Sud se sont engagés à la neutralité carbone d'ici 2050, et l'Union Européenne suit le mouvement.

Au-delà des mesures, les gouvernements financent également la recherche et le développement, ce qui est essentiel pour réduire le coût de production de l'hydrogène vert et bleu, augmenter l'efficacité des technologies hydrogène et explorer les nouvelles applications pour ce vecteur énergétique polyvalent. Le financement public et les indemnités peuvent accélérer le déploiement des stations de ravitaillement en hydrogène, des pipelines et des installations de stockage, créant ainsi une infrastructure robuste qui favorise la mise en place.

Les entités publiques jouent également un rôle indispensable pour établir des protocoles et des règlements de sécurité clairs dans la chaîne de valeur de l'hydrogène. Renforcer ces pratiques est primordial pour assurer la sécurité publique et établir la confiance envers les technologies hydrogène.

La filière de l'hydrogène en est encore à un stade précoce, et les applications potentielles dépassent les utilisations actuelles. Par exemple, les industries comme la production d'acier et de ciment - connus pour leur large empreinte carbone du fait de leurs procédés de fabrication énergivores - cherchent activement à compléter avec l'hydrogène leur alimentation à base d'énergie fossile afin de réduire leur impact environnemental.

La réduction des émissions de carbone dans les secteurs maritime et aéronautique, qui dépendent fortement des combustibles fossiles, s'avère également complexe. Toutefois, les piles à combustible hydrogène alimentant les moteurs à combustion offrent des solutions potentielles.

L'hydrogène est même mélangé dans des installations classiques de production d'électricité au gaz naturel pour réduire les émissions de carbone dans l'atmosphère. Les nouvelles conceptions de turbines à gaz peuvent maintenant utiliser l'hydrogène seul comme source de carburant, sans nécessiter de mélange de gaz naturel.  

Au niveau du consommateur, l'hydrogène mélangé au gaz naturel jusqu'à une hauteur de 20 % du mélange total peut être utilisé dans des applications commerciales et résidentielles sans nécessiter de modifications des appareils existants - comme les chaufferies, les poêles, les chauffe-eaux et les sèche-linges - offrant ainsi une autre possibilité de réduction des émissions de carbone et de contribuer à un environnement de vie plus sain. 

Développer une filière de l'hydrogène solide ne se fera pas tout seul. Cela exige plutôt une approche collaborative entre tous les intervenants, y compris les fabricants, les fournisseurs, les institutions de recherche publiques et privées, les gouvernements et le public. Des investissements supplémentaires en recherches et développement, ainsi que davantage de projets pilotes, sont essentiels pour encourager l'innovation, réduire les obstacles liés au coût, surmonter les défis techniques et garantir la sécurité. 

Alors que les défis restent, l'utilisation de l'hydrogène présente de nombreux atouts à l'heure où le monde cherche à réduire les émissions de dioxyde de carbone et de compléter les alimentations électriques courantes avec une énergie verte durable. Relever les défis liés à la mise en place implique la recherche continue, l'éducation, l'innovation technologique et l'unité politique, mais l'utilisation et le potentiel de l'hydrogène continuent d'augmenter, et il s'avère une opportunité majeure pour un futur plus propre, dans les industries et au-delà.