10 questions sur l’énergie à hydrogène

La question de l’hydrogène commence à poindre son nez dans le débat énergétique actuel.  Nous avons donc posé dix questions à Ludovic Leroy, ingénieur formateur dans le domaine de l’énergie. Mille mercis à lui de ses réponses très pédagogiques.

Echoradar

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  1. L’hydrogène est à la mode, certains la présentent comme l’énergie d’avenir. Aujourd’hui, comment l’obtient-on ? A partir du gaz naturel ?

Il y a deux points dans l’affirmation en préambule sur lesquels j’aimerais revenir. Effectivement, cet engouement pour l’hydrogène est assez soudain alors que l’on connait son intérêt, notamment dans le cadre de la lutte contre le réchauffement climatique, de longue date. Il n’y a pas réellement de rupture technologique l’expliquant, on peut bien parler à mon avis de « mode ». Ensuite, il ne faut pas parler d’énergie mais plutôt de vecteur énergétique quand on parle d’hydrogène. On doit le produire. En effet la filière de l’hydrogène natif, c’est-à-dire en gisement, bien que prometteuse est loin d’être mature. De plus elle n’est pas renouvelable.

Aujourd’hui plus de 90% de l’hydrogène produit dans le monde est issu du vaporéformage d’hydrocarbures. C’est une suite de 2 réactions chimiques entre de l’eau (sous forme vapeur) et, le plus souvent, du méthane qui va donner du gaz carbonique et de l’hydrogène. Cette réaction nécessite un apport thermique important.

  1. Cela signifie que les infrastructures nécessaires à proximité de la production sont différentes : dans un cas, on “liquéfie”, dans l’autre, on”craque” : les investissements sont donc de très longue durée ?

Le transport méthane de son lieu de production vers ses lieux de consommation se fait de 2 manières, par des canalisations, sous sa forme gaz (à température ambiante donc) ou par bateau, sous sa forme liquide à -161°C. La liquéfaction permet de fortement diminuer son volume, on comprend donc aisément son intérêt logistique. La liquéfaction du méthane et la production d’hydrogène n’ont donc effectivement strictement rien en commun et nécessitent donc des installations complètement différentes. Les investissements nécessaires sont effectivement des investissements de longue durée, on parle d’usines avec des équipements lourds.

  1. Cela signifie aussi que les infrastructures de transport sont différentes : ? Est-ce vrai pour les bateaux (transporte-t-on de l’hydrogène par bateau) ? et pour les tubes ?

Pour le transport, comme pour le méthane, on retrouvera concernant les gros volumes, deux modes de transport possibles : les canalisations et le bateau.

Concernant le bateau, la liquéfaction se fera à plus basse température, là où -161°C sont nécessaire pour liquéfier le méthane à pression atmosphérique, c’est -253°C qu’il faut atteindre pour l’hydrogène. Ainsi les installations de liquéfaction de méthane ne peuvent en l’état liquéfier l’hydrogène et les isolations thermiques des capacités de stockage dimensionnées pour le méthane ne sont évidemment pas faites pour de l’hydrogène à beaucoup plus faible température. Sans rentrer dans les détails les machines tournantes nécessaires dans tous les cas sont incompatibles.

Concernant le transport par canalisation, donc sous sa forme gaz à température ambiante, il nécessite par rapport au méthane des équipements très différents, notamment concernant les compresseurs permettant son mouvement dans ses canalisations Mais également concernant les tubes eux-mêmes. En effet l’hydrogène va interagir avec la métallurgie en se dissolvant à l’intérieur de sa structure, modifiant ses propriétés mécaniques, notamment sa tenue à la pression. On comprend aisément les risques encourus connaissant le caractère plutôt facilement inflammable de l’hydrogène. On entend souvent parler d’adaptation du réseau européen de méthane existant pour s’en servir pour transporter de l’hydrogène en mélange, la réalité tient plus de la profonde modification à mon sens.

  1. Quel est l’horizon de production réaliste de cet hydrogène en provenance du gaz : 10 ans ? 20 ans ?

L’hydrogène issu du vaporéformage du méthane est très fortement émetteur de CO2. Cet hydrogène ne peut être uniquement considéré que comme un hydrogène de transition vers un hydrogène décarboné, c’est-à-dire alimenter une filière de consommation d’hydrogène le temps de développer la filière de production. Il ne devrait son existence qu’à un déphasage du développement des deux filières. Il est donc difficile de me prononcer sur des niveaux de production.

  1. Y a-t-il d’autres sources de production d’hydrogène ? On parle de charbon ? de l’eau ? Ces procédés sont-ils compétitifs ? Peuvent-ils servir en appoint d’autres énergies, par exemple renouvelables ?

Il existe effectivement d’autres sources de production d’hydrogène. L’électrolyse de l’eau permet de produire oxygène et hydrogène grâce au passage de courant électrique dans l’eau. Cette méthode est aujourd’hui utilisée pour produire un hydrogène ultrapur que le vaporéformage ne saurait produire. Ces niveaux de pureté élevée sont requis pour l’industrie de production des semi-conducteurs ou pour les laboratoires de recherche. Cette technologie produit un hydrogène à environ 6€/kg, soit un coût environ 4 fois supérieur au vaporéformage en l’état actuel des choses

La gazéification du charbon permet également de produire de l’hydrogène. Cela nécessite de porter le charbon à très haute température par sa combustion partielle. Ce procédé va produire un mélange de plusieurs gaz d’hydrocarbures, de l’hydrogène et du CO2, qu’il faudra ensuite séparer. Comme pour le vaporéformage, on comprend que sans séquestration du CO2 cet hydrogène ne présentera aucun intérêt quant à la réduction des émissions de GES.

Dans un contexte de lutte contre le réchauffement climatique, la production en masse d’hydrogène à partir des différentes technologies d’électrolyse me semble l’hypothèse la plus probable. Comme on le comprend ses coûts de production seront très dépendant des coûts production de l’électricité décarbonée, qu’elle soit issue des renouvelables ou du nucléaire.

  1. Si l’hydrogène multicolore devient le vecteur d’énergie utilisée à l’avenir, quels seraient alors les coûts et les délais nécessaires à la transformation des majors de l’énergie pour exploiter cette ressource ?

Cette question est très complexe. Les paramètres influençant sont multiples. Dans tous les cas, si l’hydrogène devait devenir un vecteur énergétique de masse les transformations seraient colossales et les majors de l’énergie d’aujourd’hui ne seraient potentiellement pas celles de demain. Que faire de tous ces actifs devenus inutiles ? Je suis pour ma part très sceptique sur cette utilisation de masse, notamment pour les difficultés techniques de stockage et de transport que l’hydrogène représente.

  1. L’on évoque de plus en plus une concurrence dans l’électromobilité entre les véhicules à batteries (BEV) et les véhicules à hydrogène (Fuel Cell) : qui gagnera le combat à court, moyen et long terme ?

La réponse à la question dépendra surtout des choix faits à l’échelle macro sur le vecteur énergétique. L’hydrogène sera-t-il le vecteur de masse que certains imaginent ? L’hydrogène présente l’inconvénient d’une logistique très complexe mais l’avantage d’une autonomie meilleure pour l’utilisateur du véhicule. Faire le plein d’hydrogène prendra quelques minutes là où, à autonomie équivalente l’électricité, le temps nécessaire se compte aujourd’hui en heures. Il est à noter que le rendement énergétique global du véhicule à batterie est bien supérieur à ceux équipés en pile à combustible. Il n’est pas impensable de voir, pour certains usages, des solutions hybrides PAC/batterie. Ainsi, le choix technologique découlera plus des infrastructures que du simple choix du consommateur.

  1. Quel sera l’usage de l’hydrogène ? Industriel ? Transport ? individuel ? En quoi affecte-t-il le mix d’énergie ?

Pour les raisons évoquées précédemment, en ce qui concerne la mobilité, je pense que l’hydrogène pourrait trouver son essor dans les applications de transport lourd et de transport en commun, c’est-à-dire dans un cadre professionnel plus au fait des contraintes de maintenance et de sécurité.

L’utilisation de l’hydrogène dans le transport particulier me semble plus délicat.

L’hydrogène en solution de chauffage chez des particuliers me semble peu envisageable pour des raisons de sécurité et de suivi des installations.

Quant à l’industrie il est en effet envisageable de brûler de l’hydrogène pour chauffer un procédé, produire de la vapeur pour chauffer, produire de la vapeur pour de la génération électrique.

Les autres utilisations existantes subsisteront (recherche, semi-conducteurs)

  1. Au-delà de l’hydrogène et en étant un complètement prospectif, quels sont vos scénarii concernant les sources de production d’énergie dans la décennie prochaine (voire les suivantes) ?

Le grand gagnant de la transition énergétique sera le méthane. Le méthane est, à court terme, le complément naturel des énergies renouvelables par essence non pilotables. Le méthane restera, le temps de la création d’une filière de production d’hydrogène vert, utilisé pour alimenter les vaporéformeurs. Le méthane présente l’intérêt d’émettre moins de CO2 lors de sa combustion que les autres hydrocarbures.  Pour résumer, produire de l’hydrogène vert demande de l’électricité décarbonée. Si on veut la produire à partir des énergies renouvelables, leur caractère non pilotable impose des capacités de stockage et de transport de l’hydrogène produit, ce qui me parait extrêmement complexe. Ainsi la seule solution existante aujourd’hui permettant une production d’hydrogène vert continue, pilotable en fonction de la demande, reste la source nucléaire.

  1. Cette future destination du gaz naturel peut-elle atténuer les tensions actuelles sur la production, que ce soit en Médor ou dans le Golfe ?

On comprend bien qu’avant d’éventuellement diminuer, la consommation de méthane risque au contraire d’augmenter et donc de ne pas atténuer les tensions existantes.

Ludovic Leroy, merci encore de vos réponses. C’était passionnant.

ER.

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Olivier Kempf

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