L’hydrogène vert, un atout pour demain

L'hydrogène jouit actuellement d'une accélération sans précédent, le nombre de politiques et de projets dans le monde étant en forte croissance. A l’instar d’autres pays, la France s’est dotée d’une stratégie sur l’hydrogène et d’un budget dédié de 7 milliards d’euros sur 10 ans. Cette dynamique offre l’opportunité aux acteurs de la filière énergétique de développer de nouvelles solutions pour produire, distribuer et stocker l’hydrogène. En faisant émerger de nouveaux services et applications facilitant l’utilisation de l'hydrogène décarboné, ils apporteront une réponse concrète aux objectifs ambitieux de décarbonation que la France et l’Europe se sont fixés.

Le besoin en hydrogène est en croissance constante avec une augmentation de 50% de la consommation d’hydrogène au niveau mondial sur la période 2000-2018¹. Cette demande est aujourd’hui majoritairement tirée par des besoins industriels tels que la désulfurisation de carburants pétroliers (60%), la synthèse d’ammoniac principalement pour les engrais (25%) et la chimie (10%). Cependant, l’hydrogène « gris », c’est-à-dire produit à partir d’énergies fossiles et émetteur de CO₂, est encore la norme, représentant 95% de la production.

Des solutions prometteuses sont en passe de devenir matures et permettent d’envisager une décarbonisation progressive de la production d’hydrogène, contribuant à répondre aux enjeux environnementaux :

• L’hydrogène « vert » produit par électrolyse à partir d’électricité d’origine renouvelable
• L’hydrogène « bleu » produit par des combustibles mais en y associant un dispositif de capture et de stockage du CO₂

Ce verdissement de l’hydrogène fait émerger de nouvelles applications telles que les transports routiers, maritimes et ferroviaires, l’intégration dans les réseaux de gaz naturel d’une part d’hydrogène ou encore le stockage inter-saisonnier des énergies renouvelables électriques. Elles accélèrent les perspectives de croissance de la demande en hydrogène, qui pourrait représenter entre 8 et 24% de la demande globale en énergie à horizon 2050 en Europe, contre environ 1% aujourd’hui².

Le coût de production de l’hydrogène vert se situe depuis 2018 entre 4 et 6 euros le kg en France, ce qui correspond à 2 à 4 fois plus que celui de l’hydrogène gris produit à grande échelle³. Ce coût diminue rapidement, il a d’ailleurs été divisé par 4 entre 2010 et 2018⁴.

Dans les années à venir, cinq facteurs permettront à l’hydrogène vert de gagner en

compétitivité :

1. La croissance de la demande en hydrogène et l’industrialisation des technologies d’électrolyse : elles permettront de générer des économies d’échelle avec une baisse des coûts de production de 70 à 80% d’ici 5 à 10 ans⁵.
2. Le développement de solutions diffuses de production d’hydrogène vert : grâce à des électrolyseurs modulaires installés au plus proche des points de consommation, ces solutions sont déjà compétitives pour les usages industriels diffus – tels que l’agroalimentaire, la verrerie et la métallurgie – où le coût de l’hydrogène gris incluant le coût du transport est supérieur à 8 €/kg⁶.
3. L’augmentation du prix du gaz naturel et la prise en compte progressive du coût carbone : le prix du gaz naturel pourrait presque doubler d’ici 2030. La Banque Mondiale et le Fonds Monétaire International estiment un coût carbone à 66€/tonne nécessaire pour empêcher un réchauffement de la planète de plus de 2°C ; ces deux facteurs augmenteront ainsi mécaniquement le coût de l’hydrogène gris.
4. La baisse du prix du MWh d’électricité verte avec l’arrivée à maturité des technologies solaires, éoliens terrestre et offshore et l’augmentation de la part des énergies renouvelables dans le mix électrique entrainant des périodes de surplus d’électricité réduiront le coût de l’hydrogène vert produit.
5. Un cadre réglementaire favorable avec un soutien public aux investissements et la mise en place d’un système de traçabilité pour permettre aux acteurs de valoriser l’hydrogène vert doit créer un environnement propice aux financements.

Si les exercices de modélisation économique permettent d’envisager une compétitivité de l’hydrogène vert à moyen terme, des barrières techniques, économiques et réglementaires restent à franchir pour passer à l’échelle :

1. L’intégration de l’hydrogène dans les réseaux de gaz naturel : les opérateurs de transport et de stockage de gaz naturel prévoient un taux limite de 6% d’hydrogène en volume aujourd’hui. Une augmentation de la part à 10% voire 20%, envisagée d’ici 2030, nécessitera une mise à jour des spécifications gaz pour intégrer les caractéristiques de l’hydrogène et une coordination européenne pour maintenir les échanges transfrontaliers. Au-delà de 20%, des investissements majeurs devront être réalisés pour adapter leurs installations.
2. La création d’infrastructures dédiées et/ou conversion des infrastructures existantes à l’hydrogène : elle nécessitera d’investir et de définir le cadre de développement et d’exploitation.
3. L’adaptation ou le remplacement d’équipements aval existants : les équipements consommateurs de gaz naturel ne sont pas compatibles avec un fort pourcentage d’hydrogène. Les chaudières gaz sont testées aujourd’hui avec 23% d’hydrogène maximum et certaines installations sensibles comme des stations GNV (Gaz Naturel Véhicule) sont moins souples.

Dans un futur proche, l’hydrogène bleu pourrait faciliter le développement de la filière en permettant de décarboner des industries émettrices de CO₂. Cela permettrait t d’atteindre rapidement un volume d’hydrogène suffisant pour lancer les investissements dans les infrastructures et se confronter aux barrières du développement à grande échelle de l’hydrogène. Son développement est à privilégier dans des situations spécifiques, qui devront présenter une échelle suffisante et des moyens de stockage du CO₂ économiques, et dépendra des conditions du marché local.

Le verdissement de l’hydrogène et le développement de nouveaux usages font émerger de réelles opportunités sur l’ensemble de la chaîne de valeur. De nouvelles activités apparaissent, que ce soit pour les acteurs énergétiques traditionnels ou les nouveaux entrants :

• De nouvelles solutions de production d’hydrogène à partir d’électrolyse : les acteurs historiques du secteur ont ainsi lancé des projets liés à cette transformation, notamment Air Liquide au travers du programme cH2ange visant à faire la promotion de la production d’hydrogène décarbonée. EDF a de son côté lancé Hynamics, sa filiale pour produire et commercialiser de l’hydrogène bas carbone, tandis qu’ENGIE s’est lancé dans Multiplhy, un grand projet de production d’hydrogène vert par électrolyse à haute température. Ces évolutions industrielles permettent également l’apparition et le développement de nouveaux acteurs : Lhyfe a levé 8 millions d'euros de fonds pour installer en Vendée un premier site industriel de production d'hydrogène "vert" (opérationnel mi-2021).
• De nouveaux métiers tels que le transport et le stockage d'hydrogène : de nombreux projets visant à intégrer de l’hydrogène vert dans les réseaux de gaz naturel ont été lancés tels que GRHYD et Jupiter 1000 avec l’implication d’ENGIE, GRDF et GRTgaz. Plus récemment, plusieurs gestionnaires de réseaux ont annoncé des projets de réseaux 100% hydrogène : GRTgaz et CREOS avec le projet MosaHYc ou encore le gestionnaire de réseau de distribution écossais SGN. Une dizaine de gestionnaires de réseaux a également présenté un plan de création d’un réseau dédié à l’hydrogène au niveau européen. Sur le stockage, Teréga a signé un accord avec Hydrogène de France pour développer des solutions de stockage massif d’hydrogène en cavité saline.
• En aval, les différentes filières se structurent avec de nouveaux usages : pour l’industrie, la mobilité (notamment pour les véhicules lourds pour lesquels l’hydrogène offre plus d’autonomie que des batteries grâce à sa densité énergétique) et le chauffage. ENGIE a lancé l’offre EffiH2 auprès des entreprises et collectivités pour fournir de l’hydrogène à partir de l’électrolyse pour des besoins industriels et de mobilité tout en valorisant la chaleur produite. De son côté, TOTAL participe à H2 Mobility qui a pour objectif de construire 400 stations d’hydrogène en Allemagne. Les acteurs du secteur automobile se saisissent également du sujet, à l’instar de Michelin et Faurecia qui ont investi conjointement dans Symbio, spécialiste des piles à hydrogène.

L’hydrogène vert a un rôle majeur à jouer dans l’atteinte des objectifs de réduction des émissions de CO₂ de l’Union Européenne. Les solutions technologiques commencent à arriver à maturité et les projets d’investissement se multiplient. En juillet 2020, la publication de la stratégie hydrogène par la Commission Européenne clarifie les ambitions de l’Union Européenne pour l’hydrogène au sein du pacte vert. Alors que certains pays, comme l’Allemagne et le Japon avaient déjà annoncé leurs ambitions et des plans d’investissement associés, la France a lancé un plan hydrogène de 7 milliards d’euros sur 10 ans, dont 2 milliards dans le cadre du plan de relance en 2021 et 2022.