Les enjeux technologiques et marché de l’énergie de demain : L’hydrogène

Le potentiel de l’hydrogène en tant qu'énergie (sous sa forme dihydrogène : H2) est un sujet très présent en Europe, depuis quatre ou cinq ans. Le dihydrogène ‘‘vert’’, c’est-à-dire produit sans émission de carbone, est un des axes forts du plan France Relance ; il semble être la solution directe de décarbonation de l’industrie et de la mobilité, une source de réindustrialisation et de création d’emplois non délocalisables, et un levier d’autonomie énergétique pour l’État.

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Le marché de l’hydrogène est en pleine croissance

La production de dihydrogène mondiale actuelle est de 60 millions de tonnes (1 million de tonnes au niveau national). En France, 90% du dihydrogène produit est utilisé pour les besoins industriels essentiellement représentés par les secteurs pétrolier et chimique.

La forte progression de la demande mondiale en dihydrogène, en particulier pour répondre aux problématiques énergétiques dans les transports, laisse entrevoir une croissance importante pour ce marché dans les années à venir. On estime que les technologies de l’Hydrogène permettraient de créer une filière industrielle à part entière à l’horizon 2030, qui générerait un chiffre d’affaires mondial de près de 8,5 milliards d’euros, et qui représentera un marché global avoisinant les 40 milliards d’euros à l’horizon 2050. D’après l’AFHyPAC (Association Française pour l’Hydrogène et les Piles A Combustibles) en 2050, 20% de la demande totale en énergie sera couvert par l’hydrogène.

Les enjeux d’innovations de la filière Hydrogène.

TROUVER DES USAGES À LA TECHNOLOGIE HYDROGÈNE

L’enjeu principal est de trouver des usages et des clients, car sans client, il n’y a pas de marché et donc pas besoin d’hydrogène. Il s’agit d’une nouvelle énergie qui nécessite donc l’adaptation des équipements, que ce soit pour un particulier (voiture, chaudière, etc.), un industriel (four, outils, etc.) ou un transporteur (camion, bateaux, avion, etc.). Comme le coût de production de ce dihydrogène ‘‘vert’’ est encore élevé, l’investissement dans le remplacement des équipements paraît encore difficile.

DIMINUER LE COÛT DE PRODUCTION DU DIHYDROGÈNE ''VERT''.

Actuellement, la production du dihydrogène est surtout carbonée (procédé de vaporeformage du méthane par exemple) mais les technologies de production d’un hydrogène décarboné comme l’électrolyse de l’eau sont déjà connues, même si elles restent coûteuses. L’un des enjeux principaux est de diminuer ces coûts de production. Entre 4 et 10€/kg, selon l’usage aujourd’hui, l’objectif serait d’atteindre un coût de revient proche de celui des énergies fossiles d’ici à 2028, c’est-à-dire, entre 1,5 et 3 €/kg.

L’acheminement du dihydrogène ainsi produit multiplie encore par 13 sont coût de revient total. Pour répondre à cet enjeu, il est possible de d’envisager des innovations qui permettent une production locale du dihydrogène par électrolyse, au plus près de son usage, et ainsi limiter son transport. Le développement des mini réacteurs nucléaires SMR (décarbonés et plus faciles à déployer) est clairement la solution privilégiée par l’Etat, qui prévoit d’y investir 1 milliard d’euros.

STOCKER ET TRANSPORTER LE DIHYDROGÈNE

Le dihydrogène est un gaz extrêmement léger, qui occupe un volume important et qui est très inflammable. Pour le stocker et le transporter efficacement, il faut donc fortement réduire son volume tout en garantissant une sécurité importante. On peut stocker et transporter le dihydrogène :

    • En bouteille, sous haute pression (700 bars environ), pour diminuer le volume du dihydrogène gazeux, à température constante. Cette technique demande notamment des innovations dans le contrôle des bouteilles durant leur utilisation, indispensable pour la sécurité des utilisateurs.
    • Sous une forme liquide après refroidissement à très basse température. Ce mode de stockage demande de maintenir la température du stock à -252,87°C, c’est pourquoi il est pour l’instant réservé à certaines applications de très hautes technologies (propulsion spatiale).
    • Sous une forme solide, conservé au sein d’un autre matériau par des mécanismes d’absorption ou d’adsorption. L’inconvénient de cette technologie est la faible masse de dihydrogène pouvant être stockée (2 à 3% de la masse totale du réservoir). Il reste également à maîtriser, entre autres la cinétique, la température et la pression des cycles de charge et décharge de l’hydrogène dans les matériaux, avant d’envisager des applications à grande échelle.

L'investissement important de l’État français sur l’hydrogène 'vert''

Pour l’État français, l’Hydrogène ‘‘vert’’ constitue le vecteur essentiel à la décarbonation de l’industrie et de la mobilité, pour atteindre la neutralité carbone à l’horizon 2050. Dans le cadre du plan France Relance et du 4ème Programme d’investissements d’avenir (PIA 4), la France engage plus de 8 milliards d’euros pour développer la filière d’ici 2030.

Les actions que porte cette stratégie visent notamment à soutenir la recherche, l’innovation, et le développement des compétences pour répondre aux enjeux de la décarbonation de l’industrie et du développement de la mobilité basé sur le dihydrogène, puisque son usage ne génère ni émissions de polluants, ni nuisances sonores. Cette stratégie ambitieuse d’investissements est essentiellement axée autour du développement de technologies de production du dihydrogène par électrolyse de l’eau. L’objectif est de multiplier par 700 la capacité de production en France d’ici à 2030 en atteignant les 6,5 GW de capacité d’électrolyse destiné à le produire.

 
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