Comprendre l’hydrogène renouvelable et bas carbone

L’hydrogène ne constitue pas une énergie primaire au même titre que le vent, le charbon ou le pétrole. C’est un vecteur d’énergie comme l’électricité et pour le produire, il est nécessaire d’extraire les atomes d'hydrogène des ressources qui en contiennent (l’eau, les hydrocarbures, la biomasse). Ainsi, ce sont les procédés mis en œuvre pour l’extraction de l’hydrogène qui déterminent son empreinte environnementale.

• L'hydrogène carboné (parfois appelé hydrogène gris) est fabriqué par vaporeformage de gaz naturel sans captage ni stockage du CO₂ ou encore par électrolyse alimentée par une électricité carbonée. L’usage de l’hydrogène carboné est associé à d'importantes émissions de gaz à effet de serre en amont, accentuant ainsi le changement climatique.
• L'hydrogène renouvelable (parfois appelé hydrogène vert) peut être produit par électrolyse de l’eau à partir d’électricité provenant de sources d’énergie renouvelable (solaire, éolienne, hydraulique…).
• L'hydrogène bas carbone est, en France, actuellement produit par électrolyse de l'eau à partir de l'électricité issue du réseau électrique français qui comporte une part importante d'électricité nucléaire.

L’hydrogène renouvelable et bas carbone offre la possibilité de décarboner certains secteurs pour lesquels la réduction des émissions de CO₂ s'avère difficile : transport et mobilité lourde, chimie, raffinage ou sidérurgie. Cela est particulièrement vrai lorsque l'électrification directe des usages n'est pas possible.

La poursuite du développement des sources renouvelables électriques (éolien, photovoltaïque, hydraulique) permet de réduire le coût de production de l’hydrogène encore trop élevé. En parallèle, l’industrialisation de la fabrication des équipements favorise une baisse des coûts.

De l'hydrogène carboné à l'hydrogène renouvelable et bas carbone

L’hydrogène est historiquement utilisé dans l'industrie (raffinage, chimie). Il est produit à partir de ressources carbonées comme le gaz naturel. L’enjeu est de décarboner ces usages.

Dans une démarche de transition écologique, l’hydrogène renouvelable et bas carbone joue un rôle pour décarboner les usages dans le transport et l’industrie. Il est produit à partir d’électricité renouvelable et d’eau.

Relever le défi de la production et de l'utilisation de l'hydrogène

• Afin d'être utilisé comme vecteur d'énergie, l'hydrogène renouvelable et bas carbone doit être produit par des procédés émettant peu de CO₂.
  L'hydrogène renouvelable et bas carbone c'est quoi ?
• L'enjeu de la production d'hydrogène repose essentiellement sur l'industrialisation de sa fabrication.
  Produire de l’hydrogène par électrolyse
• Les usages les plus pertinents de l'hydrogène renouvelable sont la mobilité lourde et l'industrie.
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Les usages de l'hydrogène dans l'industrie

Les principaux usages actuels de l’hydrogène sont :

• le raffinage des carburants, pour leur désulfurisation
• la production d’engrais azotés (l’hydrogène sert alors à synthétiser l’ammoniac)

L'ensemble des usages industriels représentent environ 780 000 tonnes d’hydrogène par an et mobilisent essentiellement des ressources fossiles entraînant l'émission de 8,7 millions de tonnes de CO₂ par an.

L’objectif est donc de développer l’utilisation de l’hydrogène renouvelable et bas carbone pour réduire l'impact environnemental de ces usages. Cette démarche s’appuie sur l’industrialisation et le déploiement de moyens de production par électrolyse.

Dans l'industrie, l'hydrogène renouvelable et bas carbone se présente également comme une solution de décarbonation de différents procédés : production d'acier, production de méthanol et fours à haute température (verrerie, tuiles et briques).

Les usages de l'hydrogène dans la mobilité lourde

La solution hydrogène renouvelable et bas carbone s’avère également pertinente lorsqu’elle est utilisée pour la mobilité lourde :

• transport collectif de personnes : bus, autocars, trains et bateaux
• transport de marchandises : camions, véhicules utilitaires et fret

L’hydrogène répond aux besoins exigeants des véhicules lourds : poids, encombrement et temps de recharge. Les véhicules hydrogène répondent en partie aux évolutions réglementaires (ZFE, abandon des motorisations essence / diesel, etc.).

Produire de l’hydrogène par électrolyse

Produire de l’hydrogène par électrolyse consiste à dissocier les molécules d'eau (H₂O) en dioxygène (O₂) et dihydrogène (H₂) grâce à un courant électrique. Les émissions de CO₂ de la production d'hydrogène par électrolyse proviennent principalement de la production d'électricité en amont. Si l’électricité utilisée est d’origine renouvelable, l’hydrogène produit peut être qualifié de renouvelable.

En France, l'électrolyse de l'eau émet au maximum 2,77 kgCO₂/kgH₂ sur l'ensemble du cycle de vie, soit 4 fois moins que le procédé de vaporeformage de gaz naturel.

Le développement de l’hydrogène électrolytique nécessite la mise en place d’une logistique adaptée aux besoins et aux territoires. Dans certains cas, une infrastructure de transport ainsi que des capacités de stockage peuvent être nécessaires.

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