7 questions sur l'utilisation de l'hydrogène comme énergie verte

Pour agir sur le dérèglement climatique, il est impératif de réduire nos émissions de carbone dans l’industrie et les transports. L’hydrogène est un formidable atout pour participer à la décarbonation générale. Cependant, on ne peut pas compter sur cette solution miracle à court terme car l’hydrogène est, pour l’instant, principalement utilisée dans des activités extrêmement polluantes comme le raffinage du pétrole ou la production de produits chimiques. L’hydrogène ne couvre, actuellement, que 2% de la production énergétique mondiale.

Or, selon l’IDDRI (Institut du développement durable et des relations internationales), l’hydrogène pourrait rapidement devenir un atout majeur de la décarbonation. Il pourrait, en effet, se substituer, à terme, aux combustibles fossiles dans de nombreux secteurs comme la production industrielle (de produits chimiques, d’acier, de fer…). L’hydrogène pourrait aussi servir de carburant dans les transports publics trains, bus, métros…) et privés (avions, bateaux, camions, voitures…).

Dans ce contexte, la Communauté Européenne pour parvenir à la neutralité climatique en 2050, a décidé, en juillet 2020, de mettre en place un projet pour l’hydrogène propre. La France a décidé d’y consacrer 7 milliards d’euros durant les dix ans à venir.

L’hydrogène peut être produit de différentes façons, Actuellement, on peut produire de l’hydrogène à partir des combustibles fossiles : uranium, charbon, pétrole et gaz naturel. Cependant, ces sources d’énergie sont extrêmement polluantes. Aussi, le développement des énergies renouvelables permettra de produire de l’hydrogène « vert », grâce au développement de l’énergie solaire et des éoliennes…

Cependant, ces sources énergie renouvelables n’en sont encore qu’à leurs balbutiements. Il faudra encore de nombreuses années pour les rendre efficaces et rentables afin de produire de l’hydrogène écologique à bas coût. Selon l’AIE (l’Agence internationale de l’énergie), le prix de la production de l’électricité verte, à base d’énergies renouvelables, pourrait baisser de 30% d’ici 2030 et rendre la production d’hydrogène verte très rentable économiquement.

L’utilisation de l’hydrogène à grande échelle dépend de l’avènement de sources de production d’un hydrogène propre. Cependant, la rapidité de son expansion est indissolublement liée à la construction d’infrastructures capables de stocker, de transporter et d’utiliser l’hydrogène pour l’industrie et comme carburant vert pour les transports publics (bus, métro, train) et privés (camions, voitures, avions, bateaux).

L’hydrogène est facile à transporter sous forme de gaz. Comme pour le gaz naturel, on pourrait transporter l’hydrogène par l’intermédiaire de pipelines, et peut-être utiliser ceux servant au transport du gaz naturel. Il est aussi possible de transformer l’hydrogène sous forme liquide et de le transporter par bateau ou train comme on le fait pour le gaz naturel liquéfié (GNL).

Dans tous les cas, il faut employer des conditions de sécurité très strictes. Il convient, en particulier, d’éviter les fuites car le H2 (dioxyde d’hydrogène) est extrêmement inflammable au contact de l’air contenant de l’O2 (dioxyde d’oxygène). Et pour cause : la réaction de l’hydrogène au contact de l’oxygène est à la base de sa combustion et de la production d’énergie dans les moteurs à hydrogène. Ceux-ci marchent, en effet, sur le même principe que les moteurs thermiques équipant la majorité des voitures et des véhicules thermiques fonctionnant avec des combustibles fossiles comme le pétrole et les moteurs à essence, diesel, méthanol, au GPL…

Le développement de l’hydrogène, comme source d’énergie, dépend aussi, des progrès qui seront réalisés dans la conception et la construction des moteurs à hydrogène pour les avions, les bateaux, les trains, les métros, camions et les voitures individuelles …

Le développement de l’hydrogène comme source d’énergie propre et bon marché peut rendre la pareille à l’aide que lui rendront les énergies renouvelables dans sa production. En effet, l’hydrogène peut aider au développement des énergies renouvelables. Ainsi, l’hydrogène peut compenser les baisses naturelles inéluctables de la production d’énergie solaire photovoltaïque et éolienne. En effet, la production d’énergie solaire dépend du soleil et celle des éoliennes du vent ! Ces deux formes d’énergie ont le défaut d’être intermittentes.

Il est important de trouver une source d’énergie permettant de compenser les baisses de production naturelle inévitables des énergies à base de vent et de soleil ! Pour l’instant, au grand dam de nombreux écologistes, on est encore obligé de faire appel à des énergies à base de combustibles fossiles pour avoir de l’électricité et/ou du chauffage. Ainsi, on ne pas se passer encore de l’électricité à base de nucléaire, de pétrole, de gaz ou de charbon ! La baisse prévue du coût de la production de l’électricité verte permettrait de produire de l’hydrogène « propre » en plus grande quantité. Cette rentabilité permettrait d’avoir suffisamment d’hydrogène pour compenser, les interruptions naturelles ou incontrôlables des énergies à base de soleil et de vent !

Ainsi, dans un échange gagnant-gagnant, l’hydrogène s’avère, à l’avenir, un allié de poids pour la production d’électricité verte… et réciproquement !

La voiture à hydrogène semble posséder de nombreux avantages à terme sur la voiture électrique bien qu’il faille préciser que la voiture à hydrogène est un véhicule à moteur électrique. La différence est que la voiture à hydrogène est alimentée par une pile à combustible au lieu d’une batterie au lithium pour la voiture électrique. Les deux partagent l’avantage d’une grande souplesse de conduite et l’absence de bruit moteur.

Cependant, la complexité du matériel embarqué pour faire fonctionner une voiture à hydrogène est plus grande que pour une voiture électrique. Pour celle-ci, vous avez besoin globalement d’une batterie au lithium, d’un système électronique de puissance et d’un moteur électrique. Pour une voiture à hydrogène, vous avez besoin d’une pile à combustible assez onéreuse car faite à partir de platine, d’un réservoir haute pression, d’une batterie tampon et d’une électronique de puissance… Ce qui engendre aussi un encombrement plus grand pour une voiture à hydrogène.

Il y a, cependant, deux points où la voiture à hydrogène prend le dessus : au niveau de l’autonomie et de la recharge. L’autonomie de la plupart des voitures électriques est en moyenne d’environ 400 km. Or, on peut faire de 700 à 800 km avec une voiture alimentée par une pile combustible sans passer plus de temps à la pompe que pour remplir le réservoir d’une voiture thermique. Rappelons que, pour les voitures électriques, le temps de charge moyen est au minimum de 30 minutes, et, encore, à condition d’avoir une super chargeur qui est hyper vorace en électricité ! 

Cependant, l’avantage d’une voiture électrique est qu’on peut recharger la batterie à la maison. Cela n’est pas possible avec une voiture hydrogène mais comme dans le cas pour les voitures thermiques. La recharge à domicile d’une voiture électrique est certes un atout… mais si vous possédez une maison. C’est un peu plus difficile si vous habitez en appartement en ville et/ou à l’étage !

C'est inconvénient majeur de la voiture à hydrogène, car il y a peu, à ce jour, de stations de recharge existantes. Même si les bornes de recharge des voitures électriques pêchent aussi par leur insuffisance sur route ou autoroute, elles sont, quand même, nettement plus nombreuses que pour les piles à combustible.

Ainsi, en septembre 2020, tandis que l’Allemagne compte une centaine de pompes pour recharger les voitures à hydrogène, la France n’en possède qu’une dizaine. Comme le rappelle le site du magazine Autoplus, le principal obstacle à la construction des stations à hydrogène est leur coût : entre 500.000 euros à 1 million d’euros contre 50.0000 euros pour une borne pour les véhicules électriques ! À leur décharge (sans jeu de mots), les efforts pour développer des voitures à hydrogène n’en sont qu’à leurs balbutiements tandis que les programmes d’exploitation des voitures électriques ont déjà quelques décennies !

Les voitures à hydrogène sont aussi moins lourdes que les modèles électriques car, pour obtenir les mêmes performances, le matériel à installer dans la voiture à hydrogène est de 250 kg pour 500 kg dans un véhicule électrique. Qui plus est, le froid n’a aucune impact sur l’autonomie de la pile à combustible, contrairement à ce qui se passe avec la batterie au lithium d’une voiture électrique.

Le véhicule à hydrogène n’est pas encore écologique mais pourrait le devenir. Pour cela, il faudra une baisse du prix prévu de l’électricité verte et la construction d'infrastructures nécessaires pour fabriquer, stocker, transporter et transformer l’hydrogène en électricité. De même, construire une station de recharge est encore très coûteux.

Pour l’instant, la production d’hydrogène se fait principalement à base de charbon et de gaz naturel (procédé produisant de grandes quantités de gaz à effet de serre !) On peut aussi produire de l’hydrogène à partir de l’électrolyse de l’eau mais ce procédé coûte encore très cher en consommation électrique tant que celle-ci n’est pas verte, à base d’énergies renouvelables comme l’éolien ou le solaire. Ce qui n’est pas prévu au minimum avant 2030.

De même, le transport de l’hydrogène pose des problèmes de volume car on ne peut encore le stocker qu’à la pression atmosphérique Ce qui implique un faible stockage. Ainsi, selon Air Liquide, pour l’instant : on ne peut comprimer qu’1 kg d’hydrogène dans 11 m3, soit l’équivalent du coffre d’un utilitaire. Ceci permet de parcourir uniquement 100 km ! L’hydrogène pourrait devenir une énergie écologique rentable si les centaines de millions d’euros promis pour développer la filière verte, notamment pour améliorer la fabrication des piles à combustible, au niveau européen et français, soient bien investis dans ce domaine. Enfin, l’impact carbone des véhicules à hydrogène est quasi-nul car le résultat de la combustion de l’hydrogène au contact de l’oxygène de l’air est un rejet de vapeur d’eau !