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Hydrogène
Contexte et enjeux

Un soutien croissant des pouvoirs publics :

  • le 1er juin 2018, le gouvernement a lancé un Plan Hydrogène pour accompagner son déploiement dans le cadre de la transition énergétique
    • promeut l’utilisation d’un hydrogène vert (= H2 décarboné) pour :
      - la production d’électricité,
      - l’industrie,
      - le transport,
      - la chaleur,
    • objectif = 10 % d’hydrogène produit à base de sources renouvelables à l’horizon 2023.
       

La chaîne de valeur de l’hydrogène est composée de plusieurs segments :

  • la production,
  • le stockage/la conversion,
  • les usages.
     
schéma production - conversion - stockage Hydrogène

Il existe plusieurs voies pour produire l’hydrogène :

  • le reformage du gaz naturel représente la voie principale de production d’hydrogène (95 % de la production totale),
  • la gazéification,
  • l’électrolyse de l’eau, qui assure 1 % de la production d’hydrogène. Son coût de production dépend du prix de l’électricité ainsi que de la performance et de la durée d’utilisation et des électrolyseurs.
     

Mais des défis restent à relever :

  • les techniques de reformage et de gazéification sont rentables économiquement, mais elles ne répondent pas aux enjeux de la transition énergétique car elles émettent du CO2. Elles peuvent potentiellement devenir neutres en carbone si elles sont couplées aux technologies de captage et stockage géologique du CO2,
  • l’électrolyse de l’eau est intéressante en termes de bilan CO2 si elle utilise une électricité décarbonée, mais son coût de production reste aujourd’hui prohibitif : le procédé reste réservé à des usages spécifiques requérant des niveaux de pureté élevés (électronique notamment).
     

Si l’hydrogène existe aussi à l’état naturel, des techniques de production rentables doivent encore être développées avant d’envisager un déploiement.

L’intérêt de l’hydrogène réside dans la diversité de ses usages :

  • déjà de nombreuses utilisations actuellement pour :
    • raffinage des produits pétroliers, carburants et biocarburants (44 %, principalement pour la désulfuration des carburants)
    • fabrication d’ammoniac (38 %, principalement pour les engrais)
    • autres produits chimiques (méthanol, amines, etc. : 8 %),
    • divers (espace, industrie alimentaire, industrie du verre, etc. : 10 %).
  • et de multiples utilisations à venir pour accompagner la transition énergétique :
    • la production d’électricité : l’hydrogène peut contribuer à l’équilibrage du réseau électrique,
      Le Power-to-Gas consiste à produire de l’hydrogène par électrolyse de l’eau en utilisant les excédents de production électrique, éolienne et photovoltaïque notamment. L’hydrogène ainsi produit peut être stocké et reconverti ensuite en électricité pour équilibrer le réseau.
      L’hydrogène peut aussi être converti en méthane par un procédé de méthanation : le SNG (Synthetic Natural Gas) ainsi obtenu peut être stocké ou utilisé directement comme le gaz naturel.
      L’hydrogène est envisagé plus généralement comme moyen de stockage d’énergie (alternative ou en complément des batteries électriques et STEP), notamment de façon inter-saisonnière, lorsqu’il est stocké massivement dans des cavités salines (Power-to-Power). Il est ensuite converti dans une pile à combustible (PAC) pour produire de l’électricité selon les besoins.
  • la décarbonation de l’industrie : l’hydrogène peut être injecté dans le réseau de gaz, mélangé au méthane : une concentration de 5 à 25 % est envisageable,
  • la décarbonation des transports :
    • l’hydrogène vert associé à une pile à combustible peut alimenter un véhicule électrique : le réservoir d’hydrogène améliore très nettement l’autonomie des véhicules (500 à 700 km) et les temps de remplissage (< 5 min),
    • l’hydrogène en appoint dans un moteur thermique peut améliorer un système de combustion interne au gaz naturel ou une bicarburation essence/gaz naturel (concept IFPEN CIGAL),
    • l’hydrogène associé à un CO2 capté sur un procédé de transformation de biomasse par exemple, peut être converti en carburant liquide synthétique (e-fuel).
       

Les enjeux pour favoriser le déploiement de l’hydrogène vert :

  • accès a un prix de l’électricité modéré,
  • baisse des coûts et amélioration de l’efficacité des systèmes sur l’ensemble de la chaîne : électrolyseurs, piles à combustible (PAC), stockage, etc.,
  • axes réglementaires (sécurité, normes) : les installations d’hydrogène sont encadrées par des réglementations françaises et européennes portant sur sa production, son stockage et son utilisation en environnement et en transport de matières dangereuses,
  • politiques énergétiques incitatives et stables (prix du CO2 ou réglementation restrictive sur les énergies fossiles),
  • soutien public (plan hydrogène).
     

Compte tenu de l’évolution du mix électrique et de la nécessaire décarbonation du secteur du transport pour atteindre les objectifs de réduction des émissions de CO2, l’hydrogène peut trouver un modèle d’affaire comme intermédiaire de stockage d’électricité et carburant d’un parc de véhicules électriques équipés de piles à combustible.
 

Au niveau mondial, l’Irena dans son rapport publié en 2018 Global Energy Transformation: A Roadmap to 2050 envisage que l’hydrogène puisse contribuer à hauteur de 8 % en 2050 à la consommation énergétique du secteur du transport.

Développer des technologies économiquement soutenables pour insérer l’hydrogène dans le mix énergétique.

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Contacts

Fabrice Bertoncini

  • Introduction d’hydrogène vert dans les raffineries

Florence Delprat-Jannaud

  • Hydrogène naturel, stockage d’hydrogène

Antonio Pires Da Cruz

  • Hydrogène dans les transports