Presque chaque jour, un nouvel article optimiste vante les mérites de l'hydrogène comme carburant pour lutter contre le changement climatique. L'« hydrogène vert », produit à partir d'énergies renouvelables, concentre l'essentiel de cette attention.
En décembre, ABC News a publié un article intitulé « Pourquoi l'hydrogène vert est la source d'énergie renouvelable à suivre en 2021 ». Et comme l'a rapporté Bloomberg, Airbus mise gros sur l'hydrogène comme carburant pour ses avions. Parallèlement, le groupe sud-coréen SK Global vient d'annoncer un investissement dans le fabricant américain de piles à combustible à hydrogène Plug Power.
Mais parmi les plus optimistes quant à l'avenir de l'économie de l'hydrogène figurent l'industrie des combustibles fossiles et ses alliés. Le Conseil de l'hydrogène , un important groupe de pression dont les membres incluent de grandes compagnies pétrolières et automobiles, prévoit que l'hydrogène représentera 18 % de la demande énergétique totale d'ici 2050. Et comme l'a récemment rapporté DeSmog , une grande agence de relations publiques du secteur des combustibles fossiles est à l'origine d'une forte campagne en faveur de l'hydrogène en Europe.
Cependant, à l'heure actuelle, la majorité de l'hydrogène est produite à partir de combustibles fossiles : à savoir le méthane (gaz naturel) et le charbon.
L'analyse montre que l'hydrogène est actuellement inefficace et trop coûteux par rapport à l'approche de décarbonation de l'économie connue sous le nom d' électrification de tout , qui consisterait à remplacer la majeure partie des transports et du chauffage par de l'électricité produite de plus en plus à partir d'énergies renouvelables, au lieu de brûler des combustibles fossiles.
Tout cet engouement pour l'hydrogène soulève de nombreuses questions. De « qu'est-ce que l'énergie hydrogène ? » à « peut-on croire à tout ce battage médiatique ? », DeSmog examine d'un œil critique ce nouveau carburant en plein essor et démystifie certaines idées reçues à son sujet.
1/ Tout d'abord, ce coup de gueule est relayé par cet article paru ce matin dans E&E News. La réponse à leur question est non. https://t.co/OsV5hbwzEQ
– Sean Casten (@SeanCasten) 6 août 2020
Qu'est-ce que l'énergie hydrogène ?
L'hydrogène est l'élément le plus abondant de l'univers et peut être utilisé pour stocker et transporter de l'énergie — un peu comme une batterie —, ce qui explique son intérêt en tant que solution alternative à la combustion des énergies fossiles pour les transports, le chauffage et la production d'électricité.
Il existe plusieurs méthodes de production d'hydrogène, mais la quasi-totalité des procédés actuels utilise le méthane (gaz naturel) comme matière première, grâce à une énergie non renouvelable. Ce procédé, appelé reformage à la vapeur, décompose le méthane en hydrogène et en dioxyde de carbone. On obtient alors ce que l'on appelle « hydrogène gris », ou « hydrogène bleu » si l'on utilise une technologie permettant de capturer les émissions de dioxyde de carbone lors de la production.
La majorité des projets hydrogène actuellement promus par les entreprises pétrolières et gazières , automobiles et de turbines industrielles , ainsi que par les pays — qui estiment que l'hydrogène devrait être déployé à grande échelle pour aider le monde à décarboner — reposent principalement sur l'hydrogène bleu et gris dérivé de combustibles fossiles .
L'hydrogène peut également être produit à partir d'eau grâce à des énergies renouvelables — c'est ce que l'on appelle « l'hydrogène vert ».
L'hydrogène vert est produit par électrolyse de l'eau . Actuellement, il représente moins de 1 % de l'hydrogène consommé dans le monde, ce qui signifie que plus de 99 % de la consommation actuelle d'hydrogène — principalement utilisé dans des procédés industriels tels que le raffinage du pétrole — provient de combustibles fossiles (hydrogène bleu et gris).
Les piles à combustible à hydrogène alimentées en hydrogène vert sont susceptibles de jouer un rôle essentiel dans une économie entièrement décarbonée . Ces piles fonctionnent en utilisant l'hydrogène pour produire de l'électricité, laquelle peut ensuite alimenter un moteur, contrairement aux véhicules électriques qui utilisent des batteries.
L'hydrogène vert permet de stocker de l'énergie sans l'impact climatique des combustibles fossiles et représente une solution possible dans les situations où l'électrification et les batteries ne sont pas envisageables, comme le transport longue distance, l'aviation et certaines applications industrielles telles que la production d'acier.
L'hydrogène vert, avec ses promesses publicitaires et ses récits optimistes sur les solutions énergétiques vertes, est un argument de vente indéniable. Des entreprises comme Shell, Equinor et RWE en font la promotion sur leurs sites web et les réseaux sociaux. Cependant, son utilisation ne devrait pas permettre , avant plusieurs décennies, de contribuer significativement à la décarbonation de l'économie.
Lancement de l'économie verte de l ' #hydrogène ⚡ @Shell_Nederland et ses partenaires accueillent @Equinor et @RWE_AG au sein du consortium #NortH2.
Ensemble, nous pouvons développer le plus grand projet d'hydrogène vert d'Europe. Plus d'infos : https://t.co/nNhcAaF7vy pic.twitter.com/18o0dnxEnC
— Shell (@Shell) 7 décembre 2020
Malgré ses efforts pour promouvoir l'hydrogène vert, le site web de Shell décrit avec justesse la situation actuelle : « Si l'hydrogène vert représente l'idéal pour un avenir énergétique bas carbone, cette technologie a encore besoin de plusieurs années avant d'être compétitive en termes de prix. Dans l'intervalle, l'hydrogène bleu peut contribuer à créer la demande et les réseaux de transport nécessaires, en attendant la baisse du coût de l'hydrogène vert. »
Un article de Bloomberg de janvier 2021 sur les efforts de Siemens pour produire de l'hydrogène vert à partir de l'énergie éolienne offshore note que « tout déploiement de ce type à grande échelle est encore loin d'être réalisé ».
La production de grandes quantités d'hydrogène vert nécessite également d'importantes quantités d'énergies renouvelables. Selon le Comité indépendant sur le changement climatique du gouvernement britannique , par exemple, le pays aurait besoin de 30 fois sa capacité éolienne offshore actuelle pour produire suffisamment d'hydrogène vert afin de remplacer toutes les chaudières à gaz du Royaume-Uni.
La Grande-Bretagne aurait besoin de *trente fois* plus de capacité éolienne offshore qu'aujourd'hui pour produire suffisamment d'hydrogène « vert » pour remplacer toutes les chaudières à gaz.
Statistique étonnante du @ChiefExecCCC expliquant pourquoi la conversion de tout le chauffage domestique à l'hydrogène serait « irréalisable » https://t.co/LXE fsJCWNi
— Emily Gosden (@emilygosden) 7 décembre 2020
Une bouée de sauvetage pour l'industrie gazière
L'idée d'utiliser le gaz naturel comme « combustible de transition » en attendant que les énergies renouvelables soient économiquement viables est très controversée et accentue la pression sur le secteur . Désormais, le lobby gazier européen Eurogas promeut l'hydrogène bleu – dérivé du méthane et reposant sur une technologie de captage du carbone coûteuse et encore peu développée – comme nouveau combustible de transition.
L'industrie du gaz naturel est victime de son propre succès : produisant des quantités record de gaz, elle a en revanche essuyé d'énormes pertes financières. La fracturation hydraulique a libéré d'immenses quantités de méthane, et les compagnies pétrolières et gazières continuent d' en découvrir toujours plus , car leur survie repose sur la découverte et la vente de pétrole et de gaz. Or, la réalité est que la majeure partie de ce gaz naturel restera enfouie, faute d'acheteurs, à moins que l'industrie ne parvienne à convertir ses infrastructures actuelles pour utiliser l'hydrogène issu du méthane et ainsi créer un nouveau marché pour ce dernier.
Exactement. Si l'hydrogène pourrait jouer un rôle limité dans l'avenir énergétique mondial, la dynamique actuelle est impulsée par l'industrie pétrolière et gazière afin de justifier la poursuite du développement du gaz naturel. https://t.co/JDA xbUTBPe
— Robert Howarth (@howarth_cornell) 13 janvier 2021
Alors même que l'industrie du gaz naturel produit des quantités record de méthane, elle doit faire face à la concurrence des énergies renouvelables sur ses deux principaux marchés : la production d'électricité et le chauffage des bâtiments. Aux États-Unis, certaines municipalités ont commencé à interdire l'utilisation du gaz naturel pour le chauffage et la cuisson dans les nouvelles constructions en raison des préoccupations climatiques, et l'année dernière, le gaz naturel a été supplanté par les énergies renouvelables dans la construction de nouvelles centrales électriques.
Comme l’expliquait un article de Nature paru en août 2020 : « …l’industrie gazière se tourne vers l’hydrogène pour un nouveau souffle. »
L'industrie gazière promeut une vision où l'hydrogène remplacera le méthane pour la production d'électricité et le chauffage domestique, malgré de nombreux obstacles techniques et économiques. Elle ambitionne ainsi de voir, à terme, l'hydrogène vert supplanter l'hydrogène bleu dans une économie bas carbone.
Le Royaume-Uni joue un rôle majeur dans la transition européenne vers une économie de l'hydrogène . Cependant, le Comité britannique sur le changement climatique estime que d'ici 2050, 80 % de l'hydrogène consommé au Royaume-Uni proviendra de l'hydrogène bleu, et seulement 20 % de l'hydrogène vert.
En décembre, le Canada a annoncé une nouvelle stratégie nationale pour l'hydrogène. Dans son article, Reuters expliquait en quoi cette stratégie intéresse l'industrie pétrolière et gazière canadienne : « L'hydrogène dit « bleu », issu du gaz naturel et dont les émissions de carbone sont capturées et stockées, représente une solution potentiellement intéressante pour les entreprises du secteur pétrolier en difficulté. »
La nouvelle stratégie canadienne sur l'hydrogène , qui repose largement sur l'hydrogène dit « bleu », perpétue l'idée fausse qu'il serait possible de maintenir une industrie des combustibles fossiles florissante tout en réduisant considérablement les émissions . #cndpoli https://t.co/YPwmZvCuHC
— Julia Levin (@lev_jf) 4 janvier 2021
Les États-Unis, quant à eux, ne sont pas à la pointe des efforts de promotion de l'hydrogène. Le département de l'Énergie a toutefois publié un « Plan de programme pour l'hydrogène » en novembre, suite à la publication de la « Feuille de route pour une économie américaine de l'hydrogène », élaborée et financée par une coalition de grandes entreprises des secteurs pétrolier et gazier, de l'énergie, de l'automobile, des piles à combustible et de l'hydrogène.
Green Tech Media a rapporté que Jack Brouwer, professeur à l'Université de Californie à Irvine et directeur adjoint du Centre national de recherche sur les piles à combustible, a qualifié de « neutre » le document intitulé « Feuille de route pour une économie de l' hydrogène aux États-Unis » quant à la source d'hydrogène (méthane ou eau). Ce document mentionne l'utilisation d'hydrogène dérivé du méthane et promeut également l'idée de l'injecter dans le réseau de gaz, où il serait brûlé avec un mélange de méthane.
Le coût élevé de l'hydrogène
En juillet 2020, le magazine Power a publié un article rédigé par un cadre de Siemens Energy, intitulé « À l'aube de l'économie de l'hydrogène ». Comme l'indique l'article : « Il est clair que la prochaine transformation majeure de la transition énergétique reposera sur l'économie de l'hydrogène. »
Cette idée selon laquelle le monde est sur le point de passer à une économie de l'hydrogène ignore cependant le fait que l'électricité produite par l'énergie éolienne et solaire remplit déjà les fonctions que l'économie de l'hydrogène espère accomplir un jour : fournir une production d'énergie bon marché ainsi que le chauffage et la climatisation des habitations.
Par ailleurs, les véhicules électriques à batterie sont moins chers et bien plus efficaces que les véhicules à pile à combustible à hydrogène. De plus, ils peuvent être rechargés sur le réseau électrique domestique existant et l'industrie des véhicules électriques à batterie bénéficie d'une infrastructure de recharge bien plus développée que celle de l'hydrogène : on compte 46 stations de ravitaillement en hydrogène aux États-Unis , contre environ 29 000 bornes de recharge pour véhicules électriques.
Cela met en lumière un défi majeur pour l'hydrogène vert : son coût. Actuellement, l'hydrogène vert est trop cher, même si le reformage du méthane à la vapeur pour produire de l'hydrogène reste la méthode la moins coûteuse .
Le principal coût de production de l'hydrogène vert réside dans le prix de l'électricité renouvelable, qui alimente le processus d'électrolyse permettant de le produire. Une nouvelle étude du cabinet de conseil en énergie Wood Mackenzie prévoit que « l'hydrogène vert pourra être produit à grande échelle et permettre de réduire les coûts de production jusqu'à 64 % d'ici 2040 », tout en indiquant que l'hydrogène gris restera le type d'hydrogène le moins cher aux États-Unis jusqu'en 2040. D'autres études estiment que l'hydrogène vert pourrait être compétitif en termes de coûts pour remplacer le diesel dans les transports dès 2030.
Comme l'a démontré le déclin rapide du charbon sous l'administration Trump, la transition énergétique sera dictée par des facteurs économiques. Aux États-Unis, l'industrie du charbon est en déclin car elle est tout simplement plus coûteuse que les énergies renouvelables et le méthane pour la production d'électricité.
Pour être économiquement viable, l'hydrogène vert nécessite une électricité renouvelable moins chère. Or, cette énergie renouvelable moins chère est aussi une meilleure solution pour bon nombre des applications que l'industrie de l'hydrogène prévoit de réaliser grâce à l'hydrogène vert (production d'électricité, chauffage domestique, transport individuel). Ainsi, alors que les facteurs économiques continuent de guider la transition énergétique, l'hydrogène vert se trouve déjà en position de faiblesse pour nombre des applications promues par ses partisans.
Les défis techniques
L'hydrogène ne se heurte pas seulement à des obstacles économiques ; il existe également des défis techniques.
ABC News paraphrase les propos de Julio Friedmann, chercheur principal au Centre sur la politique énergétique mondiale ( CGEP ) de l'Université Columbia : « L'une des raisons de l'intérêt et de l'enthousiasme suscités par l'hydrogène vert est que l'infrastructure nécessaire existe déjà. » ( Le CGEP est connu pour relayer les arguments de l'industrie pétrolière et gazière et, après avoir refusé pendant des années de divulguer l'identité de ses financeurs , il a finalement révélé être financé par plusieurs acteurs majeurs du secteur, dont Exxon, BP et Saudi Aramco.)
L'argument de Friedmann est que l'hydrogène peut tout simplement remplacer le méthane dans l'infrastructure du gaz naturel. Mais cela pose deux problèmes.
Premièrement, l'hydrogène fragilise les canalisations en acier. Comme l'a déjà souligné DeSmog , une étude de 2018 publiée dans la revue Procedia Structural Integrity a conclu que « l'utilisation de pipelines conçus pour le transport du gaz naturel pour le transport de l'hydrogène est un choix risqué », car cela « peut entraîner une fatigue et endommager la structure ».
Convertir l'infrastructure de pipelines existante pour transporter et distribuer de l'hydrogène au lieu du méthane risquerait d'endommager les canalisations, entraînant des fuites, des ruptures et des explosions. De plus, l'hydrogène peut présenter un risque d'explosion plus élevé que le méthane.
L'hydrogène étant une molécule beaucoup plus petite que le méthane, il est fort probable qu'il s'échappe davantage que ce dernier, qui présente déjà des fuites importantes dans les canalisations existantes. Une étude suggère que le taux de fuite de l'hydrogène serait trois fois supérieur à celui du méthane.
« L'hydrogène fuit beaucoup plus facilement. Les canalisations qui transportent le méthane présentent un taux de fuite d'environ 1 % », a déclaré Mark Jacobson, professeur de génie civil et environnemental à l'université de Stanford, à DeSmog. « Le taux de fuite de l'hydrogène dans ces mêmes canalisations sera bien plus important, car sa molécule est beaucoup plus petite. Je ne comprends pas comment on pourrait utiliser ces canalisations sans constater d'importantes fuites. »
La combustion de l'hydrogène est inefficace
L'idée d'utiliser l'infrastructure existante des gazoducs pour transporter l'hydrogène repose sur l'objectif de brûler cet hydrogène pour chauffer les habitations et produire de l'électricité.
Cette approche constitue un élément important du plan pour l'économie européenne de l'hydrogène, et les fabricants actuels de turbines à gaz travaillent tous à concevoir des turbines à gaz compatibles avec l'hydrogène qui brûleront également de l'hydrogène pour produire de l'électricité.
Par exemple, un diaporama produit par Siemens — membre d'un consortium travaillant sur la production d'électricité à partir d'hydrogène — montre de l'hydrogène vert combiné à du méthane pour produire de l'électricité, puis étiqueté le produit fini « énergie verte injectée dans le réseau ».
Source : Siemens
Bien que ce procédé soit attrayant pour l'industrie gazière existante, il est inefficace.
Jacobson, auteur du récent ouvrage « Énergie et stockage 100 % propres et renouvelables pour tous », a rejeté les efforts actuels de l’industrie pétrolière et gazière pour promouvoir l’hydrogène comme alternative propre au méthane. « Personne ne devrait utiliser l’hydrogène dans une centrale électrique pour produire de l’électricité », affirme-t-il. « L’électrolyse de l’hydrogène suivie de sa combustion est inefficace. »
Le rôle de l'hydrogène vert dans une économie décarbonée
Malgré les efforts trompeurs de l'industrie gazière pour vendre l'hydrogène bleu et gris comme solution climatique, l'hydrogène vert peut jouer un rôle important dans un avenir décarboné dans certaines situations.
« Il existe un seuil à partir duquel l'hydrogène devient plus efficace que les véhicules électriques à batterie. C'est un seuil qui repose sur le poids et l'autonomie », a expliqué Jacobson.
Les piles à combustible à hydrogène sont actuellement mieux adaptées que les batteries aux longs trajets et au transport de charges lourdes , ce qui positionne l'hydrogène vert comme la solution climatique probable pour le transport routier, maritime et aérien longue distance.
L’hydrogène vert pourrait également remplacer les combustibles fossiles dans des applications industrielles, comme la production d’acier, bien que l’Agence internationale de l’énergie ait récemment prévu que seulement 10 % de l’acier sera produit avec de l’hydrogène vert d’ici 2050.
De plus, l'hydrogène peut stocker de l'énergie, en utilisant l'excédent d'énergie renouvelable pour l'électrolyse afin de produire de l'hydrogène vert pour une utilisation ultérieure.
Des solutions plus immédiates
Selon certains experts, l'hydrogène détourne actuellement l'attention des technologies éprouvées, moins coûteuses et déployables à grande échelle dès maintenant – mais pas en 2040. L'énergie solaire et éolienne, associée au stockage de l'énergie, produit une électricité propre et bon marché qui peut être utilisée dès aujourd'hui pour le chauffage, l'énergie et une grande partie des transports terrestres.
« C'est tout l'enjeu [avec l'hydrogène] : ralentir d'une manière ou d'une autre l'électrification », a expliqué David DiCarlo, professeur associé au département de génie pétrolier et géosystémique de l'université du Texas à Austin, à DeSmog. « Le but est de faire taire les critiques, temporairement, avant que tout ne s'apaise. »
L'hydrogène est une distraction | Actualités ferroviaires #Ferroviaire #Hydrogène #Électrification #Décarbonation #ÉlectrifierTout # L'hydrogèneEstUneDistraction @Railway_News https://t.co/ChDj0eivwp
— Hydrogen Gazette (@ H2Gazette ) 18 novembre 2020
En matière de chauffage domestique, les pompes à chaleur alimentées à l'électricité propre constituent une solution bien plus avantageuse que la conversion à l'hydrogène. La série d'articles de BNEF sur l'hydrogène souligne qu'il existe une économie d'énergie de 80 % grâce à l'utilisation d'une pompe à chaleur par rapport à l'hydrogène pour le chauffage des habitations, en tenant compte des pertes liées à l'électrolyse, à la compression et au transport de l'hydrogène.
Les véhicules électriques à batterie constituent une solution bien plus avantageuse que les véhicules à pile à combustible à hydrogène pour le transport de passagers, et ce pour de nombreuses raisons, notamment le prix, les performances et la disponibilité des bornes de recharge. L'adoption massive des véhicules électriques à batterie, comparée à celle des véhicules à hydrogène, confirme cette tendance.
Ce graphique saisissant explique pourquoi les véhicules électriques à batterie l'emportent : https://t.co/UfLlPsE6Az
— Kyle Field (@mrkylefield) 11 juin 2020
L'électrification généralisée élimine également le risque d'explosions mortelles dues au méthane et à l'hydrogène.
« Plus nous pourrons électrifier, sans convertir l'électricité en hydrogène puis de nouveau en électricité, mieux ce sera », a déclaré Jacobson.
L'industrie des combustibles fossiles a freiné le développement du marché des véhicules électriques en éliminant les premiers modèles viables . L'hydrogène bleu représente une tentative similaire de l'industrie pour retarder de plusieurs décennies l'électrification de tous les secteurs.
L'industrie pétrolière et gazière fera tout son possible pour que l'hydrogène bleu devienne une réalité. Mais, comme pour le charbon et le gaz naturel, l'hydrogène n'est guère rentable. Du moins, sauf dans les rares cas où l'électrification est impossible, comme dans l'aviation.
L’hydrogène vert sera-t-il économiquement compétitif avec les applications d’énergie renouvelable en 2040 ? Peut-être. Mais cela risque d’être trop lent pour suivre le rythme de décarbonation que les scientifiques jugent nécessaire pour éviter un changement climatique catastrophique.
Le monde dispose déjà d'une solution abordable pour décarboner rapidement une grande partie de l'économie : l'énergie solaire et éolienne, associée au stockage par batteries, dont le développement à grande échelle se poursuit à l'échelle mondiale. Parallèlement, l'industrie pétrolière et gazière tente une nouvelle fois de bouleverser ce processus, cette fois-ci grâce à l'hydrogène issu du méthane.
