L’hydrogène vecteur d’avenir ?

Et si la solution aux déboires énergétiques et environnementaux que connaît le monde depuis l’avènement de l’économie moderne se trouvait dans l’utilisation du plus léger des éléments chimiques que nous connaissons. Exclusivement employé dans les secteurs de l’industrie chimique ou pour la conquête spatiale, l’hydrogène nourrit de nos jours les espoirs d’une utilisation support au développement des énergies renouvelables, et alternative aux carburants conventionnels dans les transports. 

En premier lieu, il n’est pas dénué d’intérêt de rappeler que l’’hydrogène n’est pas disponible sous forme naturelle, du moins pas assez significativement pour être considéré comme une énergie dite primaire comme le sont pétrole, gaz ou charbon, des ressources extractibles.

A l’instar de l’électricité, l’hydrogène est un vecteur d’énergie permettant de transformer et de transporter une ressource énergétique d’un point A sous une forme X à un point B sous une forme Y, du vent à l’alimentation de votre cafetière par exemple. Le processus de production d’hydrogène consiste à l’extraire d’une ressource.

Le vaporeformage d’hydrocarbures est actuellement la solution essentiellement mise en œuvre pour produire de l’hydrogène. Le procédé est économiquement viable mais fortement carboné, de l’ordre de 300 grammes de CO² par kWh ce qui limite considérablement sa généralisation.

L’autre solution consiste à exploiter le principal gisement d’hydrogène de la Terre, l’eau. L’électrolyse permet de séparer chimiquement l’hydrogène et l’oxygène d’une masse d’eau à l’aide d’un courant électrique continu, et pour un rendement compris entre 60% (actuellement) et 80% (espéré). Son bilan carbone dépend directement de l’énergie primaire utilisée pour produire l’électricité.

Quel est donc l’intérêt ? Ce dernier réside dans l’opportunité que constitue l’hydrogène pour le stockage de l’énergie. Petite précision, l’hydrogène n’est pas un moyen de stocker de l’électricité mais de l’énergie. Votre ballon d’eau chaude est un parfait exemple du stockage d’énergie, l’électricité ou le gaz naturel étant stockée sous forme de chaleur.

Pour en revenir au stockage de l’énergie, ce domaine est particulièrement intéressant pour intégrer les nouvelles énergies renouvelables intermittentes (éolien, photovoltaïque, marines...) tout en assurant la sécurité d’approvisionnement et l’équilibre du système électrique.

Actuellement le déséquilibre offre/demande consécutif à une surcapacité intermittente constitue le principal frein à la transition énergétique. La surproduction a la fâcheuse tendance à tirer les prix de gros vers le bas ce qui annihile la rentabilité économique des unités de production conventionnelle à charbon, à gaz ou nucléaires, nécessaires lors d’une disponibilité limitée des énergies intermittentes.

Le « power to gas » est une alternative à l’exportation fatale (sous peine de surcharge du réseau) et peut par la suite approvisionner de multiples besoins énergétiques sous différentes formes. Les transports sont l’un de ces besoins. Mais si l’idée de remplacer le pétrole par l’hydrogène est alléchante, l’intérêt énergétique de son application est nettement plus nuancé.

1 kWh d’hydrogène alimentant un véhicule aura préalablement nécessité entre 1,25 et 1,7 kWh d’électricité pour sa production avant de perdre plus de 60% de son contenu énergétique lors de la transformation de l’hydrogène en énergie mécanique, ce qui correspond au rendement des moteurs thermiques actuels. Le rendement global du système entre la production nette d’électricité et la consommation finale de carburant est de 32%.

Dans le cas d’une utilisation de l’hydrogène sous forme de carburant, il est plus à propos de mentionner une utilisation dérivée d’une énergie primaire plus qu’un stockage d’énergie. Substituer l’hydrogène au pétrole ne résout en rien la deuxième composante de la problématique posée par l’intermittence de certaines énergies renouvelables : le backup ou comment produire lorsque les conditions météorologiques sont défavorables à la production photovoltaïque ou éolienne.  

Dans ce domaine, l’hydrogène présente pourtant des avantages indéniables. Couplées à des unités de méthanisation décentralisées (production de méthane par décomposition de biomasse, notamment des déchets agricoles), les capacités d’électrolyse permettent une diversification et un accroissement des disponibilités en biogaz alimentant des centrales thermiques à haut rendement (90% en cogénération dont la moitié en électricité) et surtout pilotable.

Passons à la question qui fâche, le coût de la filière. En 2012 le coût du contenu énergétique du pétrole, soit l’énergie dégagée par sa combustion, s’établissait à 62,4€/MWh et 18,8€/MWh pour le charbon. A l’échelle mondiale, ces valeurs tombent respectivement à 35,3€/MWh et 7,4€/MWh.

À 6€ le kg d’hydrogène produit avec une électricité à 100€ le MWh, le cout de son contenu énergétique s’établirait à 180€/MWh. Un montant bien trop important pour rendre l’hydrogène économiquement compétitif mais qui pourrait être modéré au sein d’une filière biogaz intégrant hydrogène par électrolyse et méthane par méthanisation des déchets. 

Quel que soit l’utilisation de l’hydrogène, il ne peut être envisagé qu’au sein d’un réseau intelligent et dans un contexte d’efficacité énergétique. Commençons donc par cela.