L’hydrogène : entre fausses promesses et vraies opportunités

A l’heure où la France et l’Europe comptent investir plus de 550 Mds€ pour favoriser l’utilisation d’hydrogène, une étude tire à boulets rouges sur la filière. En matière de décarbonation, remplacer le gaz naturel par du H₂ serait inutile. Si certains y voient déjà la preuve que l’hydrogène-énergie est voué à l’échec, les industriels – le gazier Linde en tête –, savent que c’est loin d’être le cas…]

Début février, l’Alliance nationale de la coordination de la recherche pour l’énergie (ANCRE) a publié un rapport qui met à mal la communication gouvernementale au sujet du rôle que pourrait prendre l’hydrogène dans la transition énergétique.

En effet, outre son utilisation une fois liquéfié comme carburant, énergéticiens et gouvernements vantent souvent sa capacité à remplacer le gaz naturel dans les réseaux existants. Un usage qui ouvrirait la voie à une décarbonation totale de toutes les activités dans lesquelles le gaz naturel est actuellement utilisé. Alors que le monde fait face à une hausse sans précédent du prix du gaz, et que l’Europe s’inquiète pour son approvisionnement du fait de tensions géopolitiques croissantes avec la Russie, « l’hydrogène-flamme » semble une solution toute trouvée.

Or, dans son étude, l’ANCRE démontre – chiffres à l’appui – que se contenter d’injecter de l’hydrogène dans les réseaux gaziers est un jeu de dupes au mieux inutile, au pire néfaste voire dangereux. A l’heure où la France et l’Europe comptent investir plus de 550 Mds€ pour favoriser l’utilisation d’hydrogène, cette étude jette un pavé dans la mare.

Certains y voient déjà la preuve que l’hydrogène-énergie est une impasse. Les industriels, en revanche, sont pleinement conscients de ses limites. Loin des superlatifs et des solutions simplistes mises en avant par les gouvernements, ils travaillent déjà à des manières économiquement et énergétiquement intéressantes d’utiliser le H₂.

L’opération vérité de l’ANCRE au sujet de l’hydrogène

L’étude publiée par l’ANCRE est problématique car elle vient en opposition avec la stratégie choisie par l’Europe. Celle qui pousse à utiliser l’hydrogène le plus possible, y compris pour remplacer le gaz naturel responsable d’environ un cinquième des émissions de CO₂ du Vieux Continent. Or, selon l’Alliance, cette substitution sera quasiment inutile.

La situation dans laquelle l’hydrogène remplace idéalement le gaz naturel est celle où il est utilisé pour produire une flamme. Qu’il s’agisse de chauffage urbain, de génération d’électricité ou même d’alimenter des tables de cuisson dans nos foyers, remplacer le méthane (CH₄) par du dihydrogène (H₂) permet d’obtenir une combustion qui ne produit aucun gaz à effet de serre.

Le vrai problème mis en exergue par l’ANCRE réside dans la quantité d’hydrogène qu’il est possible d’injecter efficacement. Les réseaux et équipements existants tolèrent, sans modification majeure ni perte de performance, jusqu’à 10 % d’hydrogène à la place du gaz naturel. Or, à cette dose, l’impact sur les émissions de CO₂ est négligeable. Même en montant la concentration à 20 %, la réduction des émissions de gaz à effet de serre n’atteindrait que -7 %.

Selon l’ANCRE, il faudrait atteindre 80 % d’hydrogène dans le mélange pour obtenir une réduction des deux-tiers des émissions. Ce ratio 80/20 reste inaccessible sans poser de sérieux problèmes en termes d’étanchéité des réservoirs, de dangereux retours de flamme, de corrosion des parois et même d’émissions d’oxydes d’azote très polluants du fait de la température de la flamme – un comble pour une énergie réputée propre.

Il y a donc fort à parier qu’en pratique, les opérateurs de réseaux gaziers ne proposeront pas à leurs clients finaux un mélange de gaz contenant plus de 10 % d’hydrogène. Est-ce un plafond de verre pour cette énergie ? Certainement pas, si l’on en croit les projets des grands groupes gaziers.

Linde veut retirer l’hydrogène de ses réseaux

L’Allemand Linde, spécialisé dans la production, le transport et la commercialisation d’hydrogène « gris » (issu de sources émettrices de CO₂), connaît parfaitement ce gaz. Il en maîtrise les enjeux, le potentiel commercial, mais aussi les dangers et limites.

Depuis quelques années, le groupe dépense des fortunes pour verdir sa production de H₂, substituant l’utilisation d’hydrocarbures par l’électrolyse de l’eau, une technique neutre en carbone lorsqu’elle utilise de l’électricité verte. En parallèle, Linde renforce ses capacités de distribution avec des investissements massifs dans son réseau de pipelines d’hydrogène et de stations-services qui favorisent l’utilisation du gaz comme carburant dans les transports.

Une activité moins connue de Linde est sa R&D dans la « déshydrogénation » des réseaux. Plutôt que de chercher à proposer aux clients un mélange de gaz doté d’une concentration maximale d’hydrogène, Linde travaille sur la récupération du H₂ depuis un mélange hydrogène/gaz naturel. Cette technique lui permettra d’utiliser les réseaux existants comme simple infrastructure de transport sans pour autant perturber les équipements finaux inadaptés à de trop fortes concentrations en H₂. Une fois extrait, l’hydrogène quasi-pur pourrait servir à faire rouler des véhicules ou produire de l’électricité décarbonée.

Ce concept a dépassé le stade de la simple idée puisque le groupe vient de d’inaugurer à Dormagen (Allemagne) sa première usine-pilote visant à expérimenter la séparation des flux d’hydrogène des réseaux des gaziers

A rebours de la tendance, Linde travaille à retirer l’hydrogène des réseaux (photo : Linde)

Selon les projections du gazier, le système de séparation pourrait fonctionner avec des mélanges comportant entre 5 % et 60 % d’hydrogène. En sortie d’usine, l’hydrogène récupéré atteindrait un niveau de pureté de à 99,9999 % – largement suffisant pour une utilisation dans les piles à combustibles pourtant réputées pour leur extrême intolérance aux impuretés.

Utiliser les gazoducs existants en Europe pour transporter l’hydrogène règlerait un des principaux problèmes causés par la transition énergétique. Chacun sait que les lieux les plus ensoleillés et les plus venteux à même d’accueillir des capacités de production d’électricité renouvelable ne sont pas les lieux de consommation.

Une étape à la fois

Transporter l’énergie verte, que ce soit sous forme d’électricité ou d’hydrogène, est un casse-tête logistique, économique et énergétique. Réutiliser les réseaux gaziers existants comme des « autoroutes de l’énergie verte » est une solution qui permettra de ménager tant les investissements publics en infrastructures que ceux des clients dont les installations ne sont pas compatibles avec du gaz trop riche en hydrogène.

Ce mode de fonctionnement permettra en outre de favoriser l’émergence d’un réseau de stations-services à hydrogène, étape inévitable pour que le gaz soit utilisé massivement pour alimenter les véhicules.

L’avenir de l’hydrogène-énergie n’est donc en aucun cas remis en question par l’étude de l’ANCRE. Ces derniers mois, chacun a joué son rôle : les pouvoirs publics ont simplifié la problématique en affichant des objectifs quelque peu déconnectés de la réalité, les agences ont remis les pendules à l’heure en mettant en avant les vrais chiffres et les industriels ont travaillé à des solutions concrètes.

Une étape à la fois, le H₂ se fait une place dans notre mix énergétique et apporte sa contribution à la course au zéro carbone.