L'hydrogène décarboné et ses usages
Les procédés de production
L'hydrogène industriel est produit aujourd'hui en grande majorité par vaporeformage du gaz naturel, un procédé qui émet du dioxyde de carbone et qui alimente depuis longtemps le raffinage et la fabrication d'ammoniac. L'hydrogène décarboné désigne l'hydrogène obtenu par électrolyse de l'eau à partir d'une électricité bas carbone : un courant continu dissocie la molécule d'eau en dioxygène et en dihydrogène, sans émission au point de production. Le vaporeformage avec captage et stockage du carbone constitue une troisième voie, dont le bilan dépend entièrement du taux de captage réellement atteint sur l'installation.
Les technologies d'électrolyseur
Trois familles d'électrolyseurs se partagent le marché. L'électrolyse alcaline est la plus ancienne et la moins coûteuse, mais elle supporte mal les variations rapides de puissance. La technologie à membrane échangeuse de protons, dite PEM, suit le caractère variable d'une production éolienne ou solaire, au prix de l'emploi de métaux rares pour ses catalyseurs. L'électrolyse à haute température, encore peu déployée, utilise de la vapeur et améliore le rendement lorsqu'une chaleur industrielle est disponible à proximité. Le rendement d'un électrolyseur se situe dans tous les cas en dessous de l'unité, et c'est cette perte qui commande le reste du raisonnement.
Un vecteur, pas une source
L'hydrogène n'existe pas à l'état libre en quantité exploitable sur terre : il faut le produire, donc dépenser de l'énergie. La chaîne complète cumule les pertes, à l'électrolyse, à la compression ou à la liquéfaction, au transport, puis à la reconversion en électricité par pile à combustible. Sur un cycle entier, l'électricité restituée représente une fraction de l'électricité consommée au départ. Cette arithmétique explique pourquoi l'électrification directe est préférée partout où elle est possible, et pourquoi l'hydrogène est réservé aux usages qui ne peuvent pas s'en passer.
Les usages pertinents
La sidérurgie figure en tête des applications envisagées : l'hydrogène remplace le coke dans la réduction du minerai de fer, une opération chimique qu'aucun courant électrique ne peut effectuer directement. La chimie en consomme déjà pour l'ammoniac et les engrais azotés, et le décarboner ne suppose aucune transformation des procédés en aval, seulement un changement de mode de production. Le transport maritime et l'aviation longue distance s'intéressent aux molécules dérivées, ammoniac et carburants de synthèse, parce que la densité énergétique des batteries actuelles interdit ces usages. Le chauffage des bâtiments et la voiture particulière, en revanche, disposent de solutions électriques qui consomment nettement moins d'énergie primaire.
Stockage, transport et sécurité
Le stockage de l'hydrogène gazeux se fait sous pression, couramment à 350 ou 700 bars pour les usages mobiles, dans des réservoirs composites. La liquéfaction impose de descendre sous -253 degrés et consomme à elle seule une part importante du contenu énergétique du gaz transporté. Les cavités salines offrent une solution de stockage massif pour les volumes saisonniers. La molécule elle-même pose des contraintes propres : elle diffuse à travers des matériaux étanches au gaz naturel, elle fragilise certains aciers, et sa plage d'inflammabilité dans l'air est très large, ce qui conduit à des règles de ventilation et de détection spécifiques dans les locaux concernés.
Le coût et le calendrier
Le prix de l'hydrogène produit par électrolyse dépend d'abord du prix de l'électricité consommée et du nombre d'heures de fonctionnement annuel de l'électrolyseur. Un équipement qui ne tourne que lorsque le solaire produit amortit son investissement sur peu d'heures, ce qui renchérit chaque kilogramme. Les projets annoncés portent sur des capacités qui se comptent en gigawatts, avec des mises en service échelonnées sur une décennie, et leur réalisation effective dépend autant des contrats d'achat de long terme que de la technologie elle-même.