Hydrogène vert, ce n’est pas une panacée : C’est plutôt un pensez-y bien!

L'hydrogène vert, produit avec des électrolyseurs pour séparer l'hydrogène de l'eau, utilise une énergie propre comme source d'énergie. Cependant, l'hydrogène vert ne sera pas compétitif par rapport à l'hydrogène gris avant un certain temps, peut-être pas avant 2030.

L'hydrogène gris, issu du reformage à la vapeur du gaz naturel, représente 98 % de la consommation mondiale d'hydrogène et est principalement utilisé pour les processus industriels. Remplacer l'hydrogène gris par de l'hydrogène vert nécessiterait de doubler la production mondiale d'électricité en utilisant principalement des sources solaires et éoliennes, préemptant l'utilisation des énergies renouvelables pour l'énergie électrique. Cela nécessiterait une plus grande utilisation du gaz naturel pour la production d'électricité. Et il existe des inefficacités et des défis technologiques extraordinaires pour l'hydrogène vert, alors que les alternatives de technologies propres abordables et efficaces ne manquent pas. Néanmoins, 30 milliards $ USD ont été engagés à ce jour pour l'hydrogène vert par le biais de plans de relance gouvernementaux. L'hydrogène vert est-il le cheval de Troie de l'industrie des combustibles fossiles pour l'hydrogène dérivé du gaz et l'utilisation du gaz pour l'énergie électrique ?

Utilisations de l'hydrogène

L'hydrogène est présent dans notre vie quotidienne, bien que peu s'en rendent compte. L'hydrogène fait partie intégrante de l' économie industrielle moderne , utilisé entre autres, pour l'agriculture, la transformation des aliments, le raffinage du pétrole, la métallurgie (ex. : sidérurgie), la verrerie, l'électronique, les textiles, les articles de toilette et les produits pharmaceutiques.

La majorité de l'hydrogène actuel est destiné à la production d'engrais à base d'ammoniac, au raffinage du pétrole et à la fabrication de l'acier.

Étant donné que la lutte contre le changement climatique implique une baisse de la demande de pétrole et de meilleures pratiques agricoles, la demande future d'hydrogène pourrait diminuer.

Arc-en-ciel aux couleurs de l'hydrogène

Il existe 3 catégories d'hydrogène, identifiées par les couleurs gris, bleu et vert.

L'hydrogène gris, issu du reformage à la vapeur du gaz naturel et de la gazéification du charbon, représente 98 % de tout l'hydrogène actuellement consommé. L'hydrogène extrait du gaz naturel émet 10 fois plus de CO2 que la consommation directe de gaz naturel.

L'hydrogène bleu implique l'utilisation de technologies de capture et de stockage du carbone (CSC) pour capturer les émissions de carbone de l'hydrogène gris. Tous les projets de CSC à ce jour ont été extrêmement coûteux, ils dépendent d’énormes subventions gouvernementales et n'ont pas été à la hauteur de leurs projections respectives de réduction des émissions. L'industrie des combustibles fossiles fait activement pression sur la CSC car elle offre la possibilité de poursuivre le statu quo, avec de nouvelles subventions gouvernementales, tout en offrant des opportunités de crédits carbone.
 
L'hydrogène vert implique une énergie propre qui permet d’alimenter des électrolyseurs dans l'eau pour séparer l'hydrogène. Sur les 120 millions de tonnes d'hydrogène produites chaque année dans le monde, seulement 0,1 % est actuellement de l'hydrogène vert avec 76 mégawatts (MW) d'électrolyseurs .

Potentiel d’hydrogène vert

Bien que 260 GW de projets d'hydrogène vert soient en cours et que 30 milliards $ USD de subventions gouvernementales aient été annoncés pour l'hydrogène vert, le manque de demande actuelle ne semble pas correspondre à l'offre. Le défi réside dans le fait que l'hydrogène vert est tellement plus cher que l'hydrogène gris.

Cela n'a pas empêché les annonces d'énormes projets d'hydrogène vert produits avec de l'énergie éolienne offshore pour alimenter les électrolyseurs. Mais non seulement le coût de l'hydrogène vert alimenté par l'éolien offshore est-il 4 fois plus cher que l'hydrogène gris, mais le nombre d'hypothèses pour rendre ce modèle d'hydrogène vert compétitif est ahurissant.

Néanmoins, dans son rapport de mai 2021 Net Zero d'ici 2050,  l'Agence internationale de l'énergie (AIE) a présenté une vision plus optimiste de la situation. A Roadmap for the Global Energy Sector Net Zero vise d'ici 2050, 150 millions de tonnes d'hydrogène à faible émission de carbone d'ici 2030, et 520 millions de tonnes d'ici 2050. Le mélange d'hydrogène à faible teneur en carbone de l'AIE est composé à 62 % d'hydrogène vert et à 38 % d'hydrogène bleu.

Pour atteindre les 62 % d'hydrogène vert pour 2050, soit 322,4 millions de tonnes, il faudrait un équivalent de 10 000 gigawatts (GW) d'énergie solaire . C'est un énorme bond par rapport à la capacité solaire totale mondiale à la fin de 2020 qui était de 714 GW.

La production d'hydrogène vert devrait être multipliée par 1000 d'ici 2030 pour atteindre l'objectif de l'AIE de zéro émission nette d'ici 2050.

Si l'hydrogène vert devait être utilisé pour décarboner l'industrie lourde, la production mondiale actuelle d'électricité devrait être doublée et la majorité de la nouvelle capacité électrique devrait provenir d'énergies renouvelables.

Sans surprise, en octobre 2021, l'AIE a révisé son estimation pour 2030 de production d'hydrogène bleu et vert à 17 millions de tonnes.

De manière plus réaliste, l'hydrogène vert ne peut répondre qu'à 3 % des besoins énergétiques mondiaux.

Hydrogène vert, ce n’est pas nécessairement évident

Une étude de Wood MacKenzie récemment publiée , Hydrogen Costs 2021 : en évolution, a conclu qu'une combinaison de facteurs rendrait l'hydrogène vert compétitif sur 12 marchés d'ici 2030, les marchés avec les taux d'utilisation de l'hydrogène les plus élevés et les prix de l'électricité les plus bas. 

Les partisans de l'hydrogène vert considèrent que l'hydrogène vert joue un rôle majeur là où d'autres alternatives vertes ne conviennent pas , ce qui peut représenter jusqu'à 40 % des émissions. Cela comprend, entre autres, la sidérurgie, le ciment, le stockage d'énergie , le transport maritime, l'aviation et le camionnage longue distance.

Cela laisse de nombreuses questions sans réponses.

Comment la communauté mondiale doublerait-elle la production d'électricité avec des sources d'énergie principalement propres pour décarboner complètement les processus industriels ?

Le détournement de la production d'énergie propre pour créer de l'hydrogène vert doit-il se faire au détriment de l'énergie électrique propre ?

La production d'énergie propre pour l'hydrogène vert nécessitera-t-elle que les lacunes du réseau soient comblées par le gaz naturel, laissant les aspirations de réduction des GES discutables ?

Comment l'hydrogène vert peut-il être transporté ? Les gazoducs existants ne peuvent pas être réutilisés pour le transport de l'hydrogène car il fragilise les aciers durs et ne fonctionne pas avec la plupart des appareils électroniques. L'hydrogène est inflammable, ce qui aggrave les défis de l'infrastructure de transport .

Comment aborder les 3 fois plus d'énergie nécessaire pour pomper l'hydrogène à travers un pipeline par rapport au gaz naturel ?

À quel point l'hydrogène vert est-il vert ? La combustion d'hydrogène vert produit des oxydes nitreux qui contribuent au réchauffement climatique 265 à 298 fois supérieur à celui du CO2 et restent dans l'atmosphère sur une période de 100 ans.

Pourquoi la consommation d'hydrogène est-elle considérée comme attractive compte tenu de l'énergie perdue sous forme de chaleur et de protoxyde d'azote ? L'hydrogène vert ne fournit que 10 à 35 % de l'énergie nécessaire pour rendre l'hydrogène vert disponible sur le marché.

Alors pourquoi l'hydrogène vert est-il perçu comme le Saint Graal des processus industriels , alors que l'hydrogène vert est destiné à remplacer les 98 % des applications d'hydrogène existantes ?

Camions

Une grande partie des espoirs de transport pour l'hydrogène réside dans les camions long-courriers pour lesquels l'autonomie des véhicules électriques à batterie peut être insuffisante.

Scania, un constructeur suédois de camions, qui fait partie du groupe Volkswagen, concentre désormais ses efforts sur les camions électriques par opposition aux versions vertes à hydrogène car « trois fois plus d'électricité renouvelable est nécessaire pour alimenter un camion à hydrogène par rapport à un camion électrique à batterie, la maintenance est plus complexe et l'hydrogène est un gaz volatil impliquant des coûts plus sécuritaires".

Cela n'a pas arrêté d'autres initiatives de camions à hydrogène.

Alors que la start-up américaine Nikola Motors a investi une fortune pour développer ses camions semi-électriques et à hydrogène, le semi-camion à hydrogène Nikola reste un prototype pour lequel deux rapports ont indiqué que les modèles à hydrogène étaient insuffisants. Nikola fait l'objet d'une enquête de la Securities and Exchange Commission et du ministère de la Justice des États-Unis.

Un autre candidat aux camions lourds à hydrogène découle d'un accord entre la société néo-zélandaise Hiringa Energy et la société américaine Hyzon Motors Inc. , en vertu duquel Hyzon fournira à Hiringa 1 500 camions lourds à pile à combustible d'ici 2026. Hiringa construira un réseau d'hydrogène pour alimenter ces camions, 8 stations-service d'ici 2022 et 24 d'ici 2025.

Véhicules de tourisme

Jusqu'en septembre 2021, Akio Toyoda , PDG de Toyota Motor Corporation, maintenait que la voie vers les véhicules zéro émission passait par l'hydrogène et non par les véhicules électriques.

Toyota a depuis totalement changé d'avis. L'entreprise investira 70 milliards $ USD pour effectuer la transition majeure vers la gamme de véhicules électriques entre 2022 et 2030. D'ici 2025, Toyota prévoit proposer 70 modèles électriques, dont 15 seront des véhicules tout électriques. Pour 2030, l'objectif est de 30 véhicules tout électriques dans sa gamme.

Transport et expédition

Pour le transport de fret et les navires de croisière , le Conseil international pour un transport propre estime que l'hydrogène peut être une alternative pour le transport long-courrier. Mais pour que cela soit une alternative énergétique propre, la mise à l'échelle des piles à combustible et le coût de l'hydrogène vert devraient être compétitifs par rapport à l'électricité. Cela signifie que cette option n'est qu'une option de plus à mettre dans la liste apparemment infinie d'alternatives d'expédition propres pour un futur probable.

Aviation

L'hydrogène pour l' aviation est une option non rentable.

L'hydrogène ne peut pas être stocké à l'état de gaz sous pression en raison de la perte de pression atmosphérique à haute altitude et en vrac lors de la descente d'un avion. L'hydrogène devant être refroidi, il faudrait le stocker dans le fuselage. Mais il serait difficile de stocker de l'hydrogène dans le fuselage car il est trop volumineux pour la quantité d'énergie qu'il produit. La matière encombrante se traduit par une densité volumique inférieure à celle du carburéacteur.

Et les piles à combustible créent de la chaleur. Que ferait-on de la chaleur supplémentaire à bord ?

Ensemble, ces facteurs nécessitent un espace supplémentaire pour le carburant qui réduirait l'espace pour les passagers et/ou le fret, exigerait que l'avion soit plus gros et plus lourd et nécessiterait une capacité de refroidissement et de ventilation supplémentaire.

De plus, l'utilisation du carburant génère des oxydes nitreux.

Initiatives américaines sur l'hydrogène

Les principaux piliers du plan pour l'hydrogène vert sont contenus dans la loi sur les investissements et l'emploi dans les infrastructures de Biden, qui a été approuvée par le Congrès, et dans le projet de loi complémentaire Build Back Better Act (BBB), qui n'a pas obtenu l'approbation du Sénat .

Le projet de loi sur les infrastructures alloue 40 milliards $ USD à des projets de démonstration et à des recherches sur l'énergie propre, notamment l'hydrogène propre, la capture du carbone et le stockage d'énergie de longue durée.

Immédiatement après l'adoption du projet de loi sur les infrastructures, le ministère de l'Énergie a annoncé un financement de 21,5 milliards $ USD pour démontrer et développer des technologies propres innovantes. Sur ce montant, 9,5 milliards $ USD seront alloués aux pôles régionaux d'hydrogène vert, à la fabrication et au recyclage, ainsi qu'à la démonstration et à la commercialisation de technologies émergentes.

Quant à la composante BBB du plan Biden, elle aurait fourni des crédits d'impôt pour faire progresser les technologies propres émergentes à une échelle commerciale.

Si l'administration Biden réussissait à obtenir une version alternative BBB par le biais du Congrès, pour atteindre un objectif d'hydrogène 100% issu d'énergies renouvelables, le nombre d'installations solaires à l'échelle commerciale dans le pays devrait être triplé, une augmentation de 7 000 sites et des installations éoliennes augmentées de 25 pour cent ou 16 000 sites .

Europe

Le projet de stratégie de la Commission européenne Fit for 55 sur l'hydrogène vert prévoit que 50 % de l'approvisionnement en hydrogène sera vert d'ici 2030, remplaçant l'hydrogène gris. Mais pour que l'hydrogène vert soit compétitif avec l'hydrogène gris, il faudrait que le prix du carbone soit supérieur à 200 € (287 $ CAD). Le prix actuel du carbone est de 58 € (83,27 $ CAD).

En juillet 2020, la Commission européenne a présenté des plans pour l'installation de 40 GW d'électrolyseurs alimentés par des énergies renouvelables d'ici 2030, produisant dix millions de tonnes d' hydrogène vert par an. L'hydrogène bleu issu du gaz naturel jouerait un rôle d'appoint.

Transport & Environment (T & E), un organisme à but non lucratif, estime que la poursuite des projections de la Commission européenne augmenterait la demande d'électricité de 17 % , faisant ainsi grimper les prix déjà élevés de l'électricité en Europe.

Au-delà de la vision hydrogène 2030 de la Commission, 2,6 % de la demande énergétique des transports proviendrait de carburants renouvelables d'origine non biologique ou RFNBO, à savoir l'hydrogène et les biocarburants synthétiques.

Selon T&E, ces deux scénarios nécessiteraient une production d'énergie propre équivalente à celle de la production éolienne européenne actuelle. Le résultat serait un détournement de l'alimentation électrique en énergie propre pour soutenir l'économie de l'hydrogène ou un réseau plus sale que ce qui a été projeté pour le reste de la décennie.

Hydrogen Europe fait pression pour que l'hydrogène, de toutes les couleurs, soit inclus dans les objectifs Fit for 55 et les crédits carbone du système d'échange européen (ETS). Cela signifie l'augmentation des émissions de gaz pour compenser les émissions de GES. Est-ce vraiment intelligent?

BDEW , l'association allemande de l'industrie énergétique, soutient également le gaz naturel prêt pour l'hydrogène.
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Le plan hydrogène du Royaume-Uni, annoncé le 17 août 2021, prévoit un fonds Net-Zero Hydrogen Fund de 331 millions $ USD pour un objectif de 5 GW de capacité d'hydrogène bleu et vert d'ici 2030 pour l'industrie, les transports et le chauffage. L'hydrogène bleu devrait être compensé par des initiatives telles que la plantation d'arbres.  Les compensations doivent encore être confirmées comme étant des solutions sérieuses. Les détails du plan seront divulgués au début de 2022.

En bout de ligne

La vision d'une économie de l'hydrogène comprend un déplacement astronomique époustouflant des énergies renouvelables pour produire de l'hydrogène vert au détriment de la production d'électricité propre, des obstacles technologiques spectaculaires non résolus et de nombreux vœux pieux sur le moment où l'hydrogène vert pourra être compétitif.

Étant donné qu'il n'y a pas de pénurie de solutions d'économie verte avec plus de potentiel et moins de défis à surmonter, l'hydrogène vert est peut-être un avatar, ou un cheval de Troie, pour l'industrie pétrolière et gazière qui espère une production accrue de gaz naturel associée à un marché de l'hydrogène en expansion. Cela peut expliquer pourquoi les grands producteurs d’énergies fossiles sont des investisseurs très importants dans l'hydrogène vert.
Will Dubitsky

Green Transition

Contribution: André H. Martel