L’hydrogène « vert », carburant du futur ?

Potentiellement inépuisable, non-émetteur de gaz à effet de serre, l’hydrogène (H) n’est pas une source d’énergie, mais un « vecteur énergétique ». Il doit donc être produit puis stocké avant d’être utilisé.

Lorsqu’il est produit en recourant à des énergies renouvelables, l’hydrogène permet de fournir de l’énergie sans émissions de CO2. On peut alors l’utiliser soit comme carburant pour la mobilité, soit pour produire de la chaleur ou encore de l’électricité par le recours à des piles à combustible. La combustion de 1 kg d’hydrogène libère presque quatre fois plus d’énergie que celle d’1 kg d’essence en ne générant que de l’eau (2H2 + O2 -> 2H2O). De ce fait l’hydrogène est considéré comme une piste d’avenir pour la transition énergétique.

L’hydrogène présente plusieurs avantages :

• Il est très abondant, se trouve dans majorité des composés organiques et offre une densité énergétique particulièrement élevée par rapport à son poids ;
• lors de sa combustion, il ne s’oxyde pas, ne dégage pas de CO2, ni aucun autre élément polluant.
• il est polyvalent, pouvant être converti en électricité ou en gaz synthétique utilisé à des fins industrielles, domestiques ou de mobilité ; 
• contrairement à l’éolien et au solaire, qui sont des sources d’énergie intermittentes, dépendantes du vent ou à l’ensoleillement, il peut produire de l’énergie régulièrement et sans baisse de régime ;
• les surplus des énergies éoliennes, solaires, voire nucléaire peuvent être stockées par la filière de l’hydrogène, comme c’est le cas pour les barrages alpins
• il est transportable et stockable sous diverses formes (essentiellement gazeuses et liquides).

Actuellement, il existe trois méthodes éprouvées pour obtenir de l’hydrogène : le vaporeformage, la pyrolyse, ainsi que l’électrolyse :

• Le vaporeformage qui expose à de la vapeur d'eau très chaude du méthane ou du gaz naturel qui libèrent ainsi le dihydrogène (H2) qu'ils contiennent. Il s’agit de la technique la plus utilisée dans le monde, car c’est la plus économique. Cependant, le vaporeformage dégage près de 12 tonnes de CO2 par tonne d’hydrogène produite. Cette technique est donc particulièrement polluante ;
• La pyrolyse, ou thermolyse,  consiste à chauffer à de très haute température un composé organique afin d’obtenir de l’hydrogène sans émission de CO2, même si le composé intrant est d’origine fossile ;
• L’électrolyse de l’eau consiste à séparer l’oxygène et le dihydrogène grâce à un courant électrique. Cette méthode, encore peu utilisée proportionnellement, et ne présente un intérêt écologique que lorsqu’elle est produite en recourant à des énergies renouvelables, éolienne, solaire, voire nucléaire, afin d’obtenir de l’hydrogène décarboné.

Par commodité, la production d’hydrogène est associée à des couleurs en fonction de son impact environnemental.

•  L’hydrogène « gris » est obtenu à partir de combustibles fossiles, essentiellement du gaz naturel ou du méthane, transformés en hydrogène et en CO2 par vaporeformage. Le dioxyde de carbone est évacué dans l’atmosphère sans être récupéré et contribue à l’effet de serre et donc au réchauffement climatique. Aujourd’hui, 95 % de l’hydrogène produit dans le monde est « gris ».
•  L’hydrogène « bleu » suit le même processus de production que le précédent, mais le CO2 est retenu pendant la production, puis stocké dans des réservoirs pour être utilisé par l’industrie. La capture du CO2 exige énormément d’énergie. Selon les experts, cette méthode, en dépit de son coût élevé, peut être utile le temps de la transition énergétique.
• L’hydrogène « turquoise » est produit par pyrolyse du méthane dans un réacteur qui chauffe le gaz à des températures comprises entre 1000 à 2000 °C, en l’absence d’oxygène. Ce procédé permet de décomposer le méthane en hydrogène (H2) et en noir de carbone solide (C), tout en évitant l'émission de CO2.  Aujourd’hui, la production d’hydrogène « turquoise » laisse échapper un niveau d’émission proche de celle de l’hydrogène « vert » (0,03 à 0,37 kg CO2e/kg) mais elle nécessite trois fois moins d'énergie. Les partisans de cette méthode espèrent réduire encore cette consommation, grâce aux progrès de la technologie.
• L’hydrogène « vert », le plus vertueux, est produit par électrolyse de l’eau, exclusivement à partir d’électricité renouvelable. Cette production ne dégage pas de CO2.  Le principe est relativement simple :  un courant électrique fragmente la molécule d’eau et récupère le dihydrogène (H2). Le procédé comporte aussi des inconvénients, car pour produire une tonne d’hydrogène il faut dix fois plus d’eau, préalablement purifiée, ce qui exige beaucoup d’énergie. La production d’hydrogène « vert » est au moins trois fois plus onéreuse que celle que l’hydrogène « gris » ce qui la rend encore peu compétitive.  

Selon l’Office fédéral de l’énergie (OFEN) l'hydrogène durable peut contribuer à un approvisionnement énergétique en tant que carburant (mobilité) ou comme accumulateur d'énergie (électrique) à long terme. La production électrolytique verte et l'utilisation de l'hydrogène constituent un élément prépondérant des différents concepts «Power to Gas» qui, rappelons-le, transforment l'électricité d'origine renouvelable en gaz à des fins de stockage, notamment.

Cependant, l'intégration de l'hydrogène comme vecteur énergétique est un travail complexe, qui nécessite encore un important besoin en recherche et développement, spécialement sur l'aspect sécuritaire des installations.

Contrairement à d’autres pays européens,  la Suisse n’a pas encore de stratégie nationale pour la production d’hydrogène « vert ». Elle compte prioritairement sur le solaire et l’éolien pour remplacer les énergies fossiles et le nucléaire.

Néanmoins, plusieurs fournisseurs d’énergie privés se sont d’ores et déjà tournés, même modestement, vers ce type de production, alors que de nombreuses sociétés remplacent progressivement leur parc automobile ou leurs poids lourds par des véhicules mus à l’hydrogène. Parallèlement, on assiste à une multiplication (timide) des stations à hydrogène sur le réseau routier helvétique. Mais la part d’hydrogène « vert » proposé pour la mobilité reste encore très faible.

Il est intéressant de noter qu’à la fin 2022, le constructeur aéronautique européen Airbus et la société ArianeGroup, protagonistes des lanceurs spatiaux européens, ont annoncé une opération conjointe pour réaliser la première installation de ravitaillement en hydrogène liquide destinée à l’aviation. Cette nouvelle station sera opérationnelle en 2025, à l’aéroport de Toulouse-Blagnac. Dans le cadre de son projet ZEROe, la société Airbus a aussi révélé qu'elle travaillait sur un nouveau système de propulsion reposant sur un turbopropulseur à pile à combustible, alimenté à l'hydrogène.

Son prototype MSN1, un A380 en cours de modification pour embarquer des réservoirs d’hydrogène liquide et leurs systèmes de distribution, pourrait effectuer ses premiers vols d’ici la fin de la décennie.

Un tel essai, s’il s’avérait concluant, offrirait une solution de premier plan à l’aviation commerciale, actuellement très polluante, et dans l’impossibilité de suivre l’automobile vers sa transition électrique en raison, notamment, du poids trop élevé des batteries…