Comprendre l'hydrogène vert : définition et principaux critères différenciants

Qu'est-ce que l'hydrogène vert ?

L'hydrogène vert est produit lorsque nous décomposons des molécules d'eau par un procédé appelé électrolyse, mais uniquement lorsque des sources d'énergie renouvelables telles que la lumière solaire ou le vent fournissent l'électricité nécessaire. En résumé, cela consiste à faire passer un courant électrique à travers de l'eau (H₂O) pour la décomposer en gaz hydrogène et en oxygène, sans produire de dioxyde de carbone dans le processus. Les méthodes traditionnelles d'obtention de l'hydrogène ne sont pas aussi propres, car elles s'appuient souvent sur des combustibles fossiles. C'est pourquoi de nombreux experts considèrent que l'hydrogène vert joue un rôle essentiel pour réduire les émissions mondiales de gaz à effet de serre, selon des recherches récentes menées par HERO Future Energies l'année dernière.

Comment l'hydrogène vert diffère-t-il de l'hydrogène gris et bleu

• Hydrogène gris : Issu du gaz naturel par reformage du méthane à la vapeur, il émet 10 à 12 kg de CO₂ par kg d'hydrogène.
• Hydrogène bleu : Utilise la même base issue des combustibles fossiles, mais intègre un système de captage et de stockage du carbone (CCS) afin de réduire les émissions d'environ 50 %.
• Hydrogène vert : Ne produit aucune émission directe, car l'énergie renouvelable alimente l'ensemble du processus d'électrolyse.

Alors que l'hydrogène gris domine 95 % de la production actuelle, les émissions du cycle de vie de l'hydrogène vert sont inférieures de 75 à 90 % par rapport à l'hydrogène bleu (Visualizing Energy, 2024).

Le rôle essentiel des énergies renouvelables dans la production d'hydrogène vert

L'hydrogène vert ne peut tout simplement pas fonctionner sans l'appui des énergies renouvelables. Le processus d'électrolyse nécessite environ quatre fois plus d'énergie par rapport aux méthodes conventionnelles, donc relier directement ces systèmes à des panneaux solaires ou à des parcs éoliens fait toute la différence lorsqu'il s'agit de développer durablement la production. Chiffrons cela : produire un kilogramme d'hydrogène vert nécessite environ cinquante kilowattheures d'électricité propre. Cela peut sembler beaucoup, mais nous assistons à des progrès réels, car les prix des panneaux solaires ont chuté de manière spectaculaire au cours de la dernière décennie, baissant d'environ quatre-vingt-dix pour cent depuis 2010 seulement. En ce qui concerne les perspectives futures, les experts estiment que l'hydrogène vert pourrait finalement remplacer entre quinze et vingt pour cent des combustibles fossiles mondiaux d'ici le milieu du siècle.

Production d'hydrogène vert : électrolyse, technologies et capacité mondiale

Processus de production de l'hydrogène vert par électrolyse

La production d'hydrogène vert s'effectue par un procédé appelé électrolyse, qui consiste essentiellement à décomposer des molécules d'eau (H2O) en gaz d'hydrogène et d'oxygène lorsqu'un courant électrique est appliqué. Les rendements varient considérablement, entre environ 70 % et peut-être même 90 %, selon le type de système d'électrolyse utilisé. Pour que ce processus fonctionne correctement, nous avons besoin d'eau pure et d'une alimentation électrique constante. La plupart des installations actuelles produisent environ un kilogramme d'hydrogène pour chaque cinquante kilowattheures d'électricité consommés. Ce résultat n'est pas mauvais compte tenu de l'énergie requise pour d'autres procédés industriels.

Types d'électrolyseurs : PEM, alcalins et à oxyde solide

Les électrolyseurs alcalins dominent les projets existants en raison de leurs coûts inférieurs, tandis que les systèmes PEM gagnent du terrain dans les applications à énergie renouvelable variable.

Intégration avec l'énergie solaire et éolienne pour une production durable

L'intégration des énergies renouvelables répond au principal facteur de coût de l'hydrogène vert : l'apport énergétique. L'énergie solaire et éolienne permet désormais de réduire les coûts de production à 3-4 $/kg (estimations 2024), contre 6 $/kg en 2018. Les installations situées dans les régions à forte irradiation et ventueuses tirent parti de systèmes Hybrides , en combinant des panneaux solaires avec des éoliennes afin d'assurer un fonctionnement 24h/24 et 7j/7.

Capacité mondiale actuelle de production et pays leaders

La production mondiale d'hydrogène vert a dépassé 1,2 million de tonnes métriques en 2024, soit une augmentation de 50 % depuis 2022. Plus de 80 % de cette capacité provient de projets phares au Moyen-Orient, en Australie et en Europe du Nord, soutenus par des investissements mondiaux de 500 milliards de dollars.

Défis liés à l'augmentation de la production d'hydrogène vert

L'augmentation de l'échelle fait face à des obstacles tels que 9 litres d'eau purifiée par kilogramme d'hydrogène , nécessitant une infrastructure avancée de dessalement. Les goulots d'étranglement dans la chaîne d'approvisionnement pour des matériaux rares comme l'iridium (utilisé dans les électrolyseurs PEM) et le nombre limité de canalisations dédiées à l'hydrogène retardent davantage l'adoption. Malgré ces barrières, les projections de coûts pour 2030 à 1,50 $/kg indiquent une viabilité croissante pour les applications industrielles.

Avantages environnementaux et économiques de l'hydrogène vert

Émissions de carbone nulles lors de la production et de l'utilisation

La production d'hydrogène vert émet zéro dioxyde de carbone lorsqu'il est produit par électrolyse alimentée par des énergies renouvelables, contrairement à l'hydrogène gris dérivé du reformage du méthane. Ce vecteur énergétique propre conserve son statut neutre en carbone lorsqu'il est utilisé dans des piles à combustible ou des procédés industriels, éliminant ainsi les émissions à chaque étape de son cycle de vie.

Réduction de la pollution atmosphérique et des émissions de gaz à effet de serre

Le remplacement des combustibles fossiles par de l'hydrogène vert dans les transports et la fabrication permet de réduire les oxydes d'azote (NOx) jusqu'à 45 % et les oxydes de soufre (SOx) de 92 %, améliorant considérablement la qualité de l'air urbain.

Analyse du cycle de vie : impact environnemental de l'hydrogène vert

Une étude comparative de 2023 a révélé que les émissions sur tout le cycle de vie de l'hydrogène vert sont 96 % de moins que les systèmes au gaz naturel lorsqu'on utilise l'énergie éolienne offshore. La consommation d'eau reste inférieure de 30 % par rapport aux méthodes de production d'hydrogène à partir du charbon.

Création d'emplois dans les secteurs des énergies renouvelables et de l'hydrogène

La chaîne de valeur de l'hydrogène vert devrait créer 2,3 millions d'emplois dans le monde d'ici 2035 , notamment dans la fabrication d'électrolyseurs et les fermes solaires-éoliennes hybrides. Des pays comme l'Allemagne et l'Australie enregistrent déjà une croissance annuelle de 12 à 15 % de la main-d'œuvre dans les postes liés à l'hydrogène.

Tendances des investissements et courbes de coûts décroissantes

Le coût des électrolyseurs a chuté de 60 % depuis 2015, et la production d'hydrogène vert devrait atteindre 1,50 $/kg d'ici 2030 — une réduction de 75 % par rapport aux prix de 2022. Les investissements mondiaux ont dépassé 320 milliards de dollars en 2023, portés par des partenariats public-privé dans le cadre de 48 stratégies nationales sur l'hydrogène.

Indépendance énergétique et avantages géopolitiques

Passer à l'hydrogène vert produit localement pourrait réduire les coûts d'importation énergétique des pays de l'UE de 110 milliards de dollars par an, tout en atténuant les perturbations de la chaîne d'approvisionnement causées par la volatilité du marché des combustibles fossiles.

Applications industrielles et progrès technologiques

Permettre la décarbonation d'industries difficiles à atténuer, comme celles de l'acier et de l'ammoniac

Le passage à l'hydrogène vert fait des vagues dans les secteurs qui ont longtemps dépendu des énergies fossiles. Prenons l'exemple de la fabrication de l'acier, qui contribue à hauteur de 7 % à toutes les émissions mondiales de CO2 selon le rapport de l'IRENA de 2023. Lorsque les entreprises remplacent les méthodes traditionnelles au charbon par des techniques de réduction directe à base d'hydrogène, elles parviennent à réduire les émissions d'environ 95 % pour chaque tonne d'acier produite. Et ce n'est pas seulement l'acier. Les producteurs d'ammoniac qui passent du gaz naturel à l'hydrogène vert parviennent à réduire d'environ 1,8 tonne de CO2 chaque tonne d'ammoniac produite. Ces chiffres ne sont pas seulement impressionnants sur le papier, ils représentent des changements concrets qui se produisent actuellement dans des usines et des installations à travers le monde.

L'hydrogène vert dans les transports lourds et le transport maritime

Les piles à hydrogène surmontent les limitations des batteries pour les camions de longue distance et les navires de charge, offrant une autonomie de 600 à 800 km par ravitaillement. Des essais maritimes montrent que les navires alimentés à l'hydrogène réduisent les émissions d'oxydes d'azote de 35 % par rapport au fioul marin conventionnel.

Utilisation dans la production d'électricité et le chauffage résidentiel

Les services publics mélangent jusqu'à 20 % d'hydrogène avec du gaz naturel dans les canalisations existantes, des projets pilotes européens démontrant une réduction de 12 % des émissions de carbone dans les systèmes de cogénération. Le projet japonais ENE-FARM a déployé 460 000 piles à combustible à hydrogène pour un usage résidentiel depuis 2020.

Innovation dans le stockage, le transport et les technologies des piles à combustible

Les récentes avancées incluent :

• Réservoirs d'hydrogène liquide cryogénique atteignant une efficacité de stockage de 97 %
• Vecteurs organiques liquides d'hydrogène permettant un transport maritime sécurisé
• Piles à combustible à oxyde solide atteignant une efficacité électrique de 65 % (DOE 2023)

Applications de régulation du réseau et de stockage d'énergie

Les parcs éoliens allemands utilisent désormais des électrolyseurs de 140 MW pour convertir l'énergie excédentaire en hydrogène pendant les pics de production, stabilisant ainsi les réseaux tout en produisant 2 800 tonnes/an d'hydrogène destiné à un usage industriel.

Adoption mondiale et perspectives futures pour l'hydrogène vert

Marchés émergents et projets pilotes à travers le monde

Les marchés de l'hydrogène vert à travers le monde connaissent actuellement une croissance spectaculaire, avec des projets pilotes qui émergent dans plus de trente-cinq nations différentes. Prenons l'exemple de l'Arabie saoudite : son projet NEOM vise à produire environ six cent cinquante tonnes d'hydrogène propre chaque jour d'ici 2026. En Australie, le Asian Renewable Energy Hub a des ambitions encore plus grandes, visant trois millions cinq cent mille tonnes par an d'ici la fin de la prochaine décennie. Les pays moins développés sur le plan économique entrent également dans la course. Des régions comme le Chili et la Namibie disposent de vastes ressources solaires et éoliennes inexploitées, ce qui les positionne comme exportateurs potentiels. La société chilienne HIF Global prévoit à elle seule de construire quatorze gigawatts d'électrolyseurs vers 2040. À l'avenir, la plupart des projections estiment que nous pourrions atteindre près de cinquante millions de tonnes de production annuelle d'hydrogène vert d'ici 2030, soit environ cinq fois plus que ce que nous avons connu en 2023.

Soutien politique et collaborations internationales accélérant l'adoption

Les décideurs du monde entier redoublent d'efforts pour concrétiser leurs stratégies hydrogène. L'Union européenne s'est fixé un objectif ambitieux dans le cadre de sa stratégie hydrogène, visant à produire au moins 10 millions de tonnes d'hydrogène vert sur son territoire d'ici 2030. Cet objectif s'accompagne d'incitations assez généreuses, comme la réduction fiscale de 3 dollars par kilogramme prévue dans la loi américaine sur la réduction de l'inflation. Pendant ce temps, de l'autre côté du Pacifique, le Japon adopte une approche radicalement différente. Sa stratégie de base pour l'hydrogène mise sur l'importation de fournitures provenant notamment d'Australie et de Brunei, plutôt que de construire de vastes installations de production nationales. La coopération internationale gagne également en intensité, avec des groupes tels que le Pacte d'action G7 sur l'hydrogène qui collaborent étroitement avec des organisations comme l'Alliance africaine pour l'hydrogène vert. Ces collaborations visent à développer des infrastructures transnationales, afin de réduire progressivement les coûts de production, dans l'espoir de voir les prix descendre sous la barre de 1,50 dollar le kilogramme d'ici la fin de cette décennie grâce à des opérations à plus grande échelle.

Surmonter les lacunes d'infrastructure et les défis du secteur

L'Agence internationale pour les énergies renouvelables (IRENA) aborde ici un problème assez important. Selon ses estimations, environ 1,5 billion de dollars viendront à manquer d'ici 2030 pour financer les infrastructures nécessaires aux installations de production, aux pipelines et aux stations de réapprovisionnement dont nous avons besoin. Les électrolyseurs restent trop coûteux pour la plupart des entreprises, mais la situation s'améliore. Les prix ont en effet nettement baissé depuis 2018, diminuant d'environ un tiers pour atteindre environ 800 $ par kW pour les systèmes alcalins actuellement. Les grands acteurs du secteur travaillent sur les problèmes de stockage en utilisant des technologies assez innovantes, comme l'hydrogène liquide cryogénique ou le transport via l'ammoniac. Il est également essentiel d'obtenir l'adhésion de tous aux normes communes. L'Union européenne dispose d'un système de garantie d'origine qui doit être davantage adopté si nous voulons progresser réellement vers les objectifs de neutralité carbone fixés pour 2050 lors de la COP28 l'année dernière. Et n'oublions pas l'importance de développer les ports afin que ces carburants verts puissent circuler efficacement à travers les frontières.

Questions fréquemment posées

Qu'est-ce que l'hydrogène vert ?

L'hydrogène vert est produit à l'aide de sources d'énergie renouvelable, telles que l'éolien ou l'énergie solaire, par un procédé d'électrolyse qui sépare l'eau en hydrogène et en oxygène sans émettre de dioxyde de carbone.

En quoi l'hydrogène vert diffère-t-il des autres types d'hydrogène ?

L'hydrogène vert diffère de l'hydrogène gris et de l'hydrogène bleu en ce qu'il ne produit pas d'émissions directes de carbone. L'hydrogène gris est produit à partir de gaz naturel et émet du CO2, tandis que l'hydrogène bleu utilise le captage et le stockage du carbone (CSC) pour réduire ces émissions.

Quel rôle les énergies renouvelables jouent-elles dans la production d'hydrogène vert ?

L'énergie renouvelable est essentielle dans la production d'hydrogène vert car elle fournit l'électricité nécessaire à l'électrolyse sans produire de gaz à effet de serre.

Quels sont les principaux obstacles à l'augmentation de la production d'hydrogène vert ?

Les principaux obstacles incluent la forte demande énergétique pour la production, le besoin d'infrastructures à grande échelle pour les énergies renouvelables, ainsi que les problèmes liés à la chaîne d'approvisionnement pour les matériaux rares utilisés dans les électrolyseurs.

Y a-t-il des avantages économiques à utiliser l'hydrogène vert ?

Oui, l'hydrogène vert peut créer des emplois dans les secteurs des énergies renouvelables et de l'hydrogène, réduire la pollution atmosphérique, diminuer les émissions de gaz à effet de serre et offrir une indépendance énergétique en réduisant la dépendance aux importations de combustibles fossiles.