L’hydrogène est souvent présenté comme la solution à de nombreux défis de la transition énergétique. Et c’est sur ce vecteur flexible et plein de promesses que repose en grande partie l’objectif européen d’intégration du système énergétique. Or l’hydrogène est clairement plus à même de relever certains défis que d’autres. Le présent guide entend vous informer sur la place de l’hydrogène dans les villes sachant que le choix de tel ou tel usage dépendra en grande partie de l’évolution de la technologie et de son coût par rapport aux autres solutions de décarbonisation. Les conditions locales spécifiques comme l’accès à de grandes quantités d’énergies renouvelables, la présence de centres industriels importants ou encore de formations géologiques permettant de stocker à grande échelle le CO2 dicteront également où et quand le recours à l’hydrogène vert est le plus judicieux. Pour une présentation plus complète sur l’hydrogène, l’article de Carbon Brief constitue une excellente entrée en matière.

Deux usages souvent mis en avant pour l’utilisation de l’hydrogène vert, à savoir le transport maritime et l’aviation, ne seront pas abordés dans ce guide car ceux-ci relèvent rarement de la compétence des villes.

Industrie lourde :

Un point qui fait globalement consensus à propos de l’hydrogène, et sa principale qualité, est sa capacité à décarboner l’industrie lourde, en particulier l’industrie sidérurgique, mais également les raffineries, les cimenteries, l’industrie de la céramique et la chimie.  En fait, tous les secteurs industriels qui nécessitent des températures très élevées. Certaines de ces industries pourraient être électrifiées, mais cela supposerait d’investir des sommes colossales dans des équipements neufs alors que l’hydrogène vert peut remplacer presque directement le charbon et le gaz.

Stockage au niveau du réseau :

L’un des principaux défis auxquels doit faire face un réseau d’électricité verte est l’écart de production entre l’été et l’hiver, notamment dans les pays les plus au nord. Utiliser l’excédent de production solaire (ou éolienne si la demande est faible) en été pour produire de l’hydrogène vert qui sera ensuite utilisé en hiver permettrait d’y remédier (Michael Liebreich de BNEF a fait quelques simulations disponibles ici). Le coût marginal de l’électricité produite à partir d’hydrogène vert est certes élevé, mais cela importe peu pour trois raisons :

1) le coût global d’un réseau largement alimenté en énergies renouvelables est relativement faible,

2) toutes les sources d’énergie intermittentes comme les centrales d’écrêtage de pointe fonctionnant au gaz ont des coûts marginaux bien plus élevés,   

3) l’électricité produite à partir d’hydrogène vert est vue comme une solution pour décarboner le réseau en période de pic de consommation – imaginez une semaine particulièrement froide et sans vent en janvier –  mais n’a pas vocation à alimenter le réseau toute l’année.

Transport : C’est là que les vertus de l’hydrogène sont les plus flagrantes.  Cependant, nous n’aborderons pas dans cet article le transport maritime hauturier ni l’aviation, deux secteurs sur lesquels la plupart des villes n’ont aucun contrôle.

Navires : Quelle que soit leur taille, les bateaux électriques à accumulateur ou à hydrogène sont pour bientôt. L’arbitrage entre l’espace nécessaire au stockage de l’hydrogène et le poids des accumulateurs ainsi que l’utilisation qui sera faite de ces navires seront des facteurs essentiels pour déterminer la technologie la mieux adaptée. Par ailleurs, les ports étant  pressentis comme des endroits favorables à l’installation de pôles hydrogène, il y a fort à parier que cette source d’énergie  devienne très populaire dans ce secteur.

Trains : Le train est certainement le mode de  transport où l’électrification  – typiquement sous forme de caténaires au-dessus des voies – est la plus développée. Mais lorsqu’il n’est pas possible ou qu’il revient trop cher d’installer des caténaires,  d’autres solutions existent : de très nombreux trains électriques à accumulateur sont déjà en service, et plus en plus de trains sont propulsés à l’hydrogène, ou associent hydrogène et accumulateur électrique. Toutes ces options continueront probablement de coexister pendant des dizaines d’années, les distances parcourues et les différents usages (ainsi que la disponibilité ou non d’hydrogène vert)  conditionnant le choix de l’option la plus adaptée à la situation.

Bus : Les bus fonctionnant avec des piles à combustible à hydrogène ou équipés d’accumulateurs électriques se développent rapidement en Europe même si nous sommes encore loin derrière la Chine qui concentre 99 % de la flotte mondiale de bus électriques. Les deux motorisations n’émettent aucun gaz d’échappement et contribuent à réduire la pollution de l’air au niveau local.   Mais les bus électriques à accumulateur sont clairement la solution à privilégier pour plusieurs raisons : ils sont fabriqués en série,  le coût d’investissement dans les infrastructures est moindre et ils évitent les pertes d’énergie liées au procédé d’électrolyse. Certes, les bus équipés de piles à combustible à hydrogène offrent l’avantage de pouvoir être ravitaillés très rapidement mais les bus électriques, à condition de disposer d’une autonomie suffisante, peuvent être rechargés la nuit et leurs énormes batteries peuvent aider à répondre aux pics de consommation grâce à la technologie de véhicule-réseau (V2G).

Véhicules utilitaires lourds (camions de collecte des ordures ménagères ou transport de marchandises) : ici l’avantage va clairement aux véhicules électriques par rapport aux véhicules à pile à combustible à hydrogène.  L’autonomie des batteries actuelles est suffisante et le fait que les grands constructeurs  soient entrés sur ce marché a grandement facilité la vie des utilisateurs de véhicules électriques. Comme pour les bus, les infrastructures sont plus simples, et les technologies qui permettront bientôt aux véhicules de communiquer avec le réseau (V2G) ne feront que renforcer la balance en leur faveur.

Voitures particulières et véhicules utilitaires légers : ici l’hydrogène est à proscrire. La plupart des  constructeurs européens se sont retirés du marché de l’hydrogène et il y a une bonne raison à cela. Les véhicules électriques à accumulateur sont techniquement bien plus avancés et il en existe pour tous les goûts et toutes les bourses, alors que l’accès à un hydrogène vert à un prix abordable reste  du domaine du futur.

Des travaux récents de la Fédération européenne pour le transport et l’environnement « montrent que la conversion de seulement une fraction du parc automobile aux carburants de synthèse (dont le e-diesel et l’hydrogène) en 2050 nécessiterait la construction des parcs éoliens  d’une superficie totale équivalente à celle du Danemark. »

Chauffage domestique : sur le papier, utiliser l’hydrogène pour le chauffage domestique semble tomber sous le sens. Il suffirait d’ajouter un peu d’hydrogène au mélange de gaz pour faire baisser immédiatement les émissions. Malheureusement, les experts sont unanimes pour dire que c’est là une fausse bonne idée.

Les résultats de cette étude sont très clairs : l’hydrogène n’est pas une option viable pour le chauffage des bâtiments. La quantité d’électricité d’origine renouvelable nécessaire à la production d’hydrogène vert pour cet usage serait en effet de 500 à 600 fois supérieure à la quantité requise pour chauffer ces mêmes bâtiments avec des pompes à chaleur.

« Les écarts de rendement sont tels qu’il n’est absolument pas raisonnable de  proposer une utilisation à grande échelle de l’hydrogène pour chauffer les bâtiments » explique le Prof. Dr. Clemens Hoffmann, directeur général de Fraunhofer IEE.

Dans un article du Times, Emily Gosden rappelle que convertir à l’hydrogène toutes les chaudières au gaz du Royaume-Uni « nécessiterait de multiplier par 30 la capacité de production des parcs éoliens en mer ».

Jan Rosenow souligne également, à propos de l’utilisation de l’hydrogène comme source de chaleur que Centrica, la plus grande et la plus ancienne société de distribution de gaz de Grande-Bretagne, a récemment rappelé qu’il « faudra sans doute attendre encore plus de dix ans avant de pouvoir utiliser de l’hydrogène pour le chauffage domestique, avec un coût pour le consommateur qui reste inconnu à ce jour ».

Quant aux vélos à hydrogène, mieux vaut ne pas en parler…

À propos

Auteur

Adrian Hiel

Date de publication

16 décembre 2020