La France et le plan de déploiement de l’hydrogène
L’hydrogène, aujourd’hui connu pour ses propriétés dans l’industrie pétrolière et chimique présente un intérêt énergétique majeur pour le 21e siècle. Aujourd’hui peu exploité, il apporte des solutions aussi bien pour la production d’énergie, son stockage massif mais également la mobilité.
Ses atouts sont multiples, notamment en termes économiques et environnementaux. La production décarbonée due aux progrès technologiques de l’électrolyse offre une grande compatibilité avec les objectifs de la France concernant les émissions de gaz à effet de serre, de polluants et de réduction des consommations d’énergie fossile.
Ces objectifs issus de la loi de transition énergétique pour la croissance verte sont de porter à 32% le taux d’énergies renouvelables dans la consommation finale d’énergie et à 40% d’énergies renouvelables dans la production d’électricité.
La loi transition énergétique impose également la réduction de la consommation des énergies fossiles de 30% en 2030 et de décarboner 10% du gaz.
Afin d’atteindre ces objectifs dans la continuité de la transition énergétique vers la neutralité carbone à l’horizon 2050, l’hydrogène constitue un axe de développement majeur.
Ce plan s’appuie sur les capacités de la filière Française à produire de l’hydrogène, mais également son excellence et sa compétence à développer des usages économiquement rentables et compatibles avec les objectifs environnementaux, en particulier envers des flottes captives mais aussi pour le stockage de l’énergie renouvelable dans le réseau de gaz.
Parfaitement approprié à la stratégie gouvernementale et au PPE (Programmation Pluriannuelle de l’énergie) pour la période 2019-2028, ce plan intègre également les PPE réalisés pour les zones non interconnectées au réseau métropolitain.
Aujourd’hui, plusieurs territoires sont identifiés comme prioritaires pour des expérimentations et des développements dans le domaine du stockage, notamment de l’hydrogène ; en rapport avec l’objectif d’autonomie énergétique à 2030 dans les zones non interconnectées (ZNI) et des besoins forts pour la flexibilité des réseaux.
Qu’est-ce que l’hydrogène ? Quels sont ses enjeux ?
De tous les éléments chimiques, l’hydrogène est le plus simple, son atome est seulement constitué d’un proton et d’un électron. Il est le plus petit élément chimique mais également l’élément le plus abondant de l’univers, 75% en masse et 92% en nombre d’atomes, c’est le principal constituant des étoiles et notamment celui du soleil. Connu pour être un vecteur énergétique, l’hydrogène permet de transporter l’énergie d’un point A vers un point B, seul problème : sur terre, il n’existe pas à l’état pur.
C’est pour cette raison que, sur le plan industriel on distingue différentes formes d’hydrogène.
L’hydrogène gris est issu des énergies fossiles, des hydrocarbures, du charbon, et/ou du gaz naturel.
Dans le cas du gaz, il est converti via un procédé de reformage à la vapeur d’eau. La production d’hydrogène gris est polluante, émettrice de CO2, mais reste cependant répandue pour le raffinage pétrolier, ou la production d’ammoniac et d’engrais.
Il y a ensuite l’hydrogène « bleu », fabriqué de la même façon que l’hydrogène gris mais avec un système de captage du CO2 pouvant être réutilisé ou stocké. Il est considéré aujourd’hui comme un procédé de fabrication émergent.
Et enfin, l’hydrogène vert, considéré comme « propre » puisqu’il est produit à partir d’énergies renouvelables.
Le souci c’est que 95% de l’hydrogène est actuellement produit à partir d’énergies fossiles polluantes.
Comment produire de l’hydrogène?
L’hydrogène peut être obtenu grâce à deux procédés :
- Le reformage (ou vaporage) – Aujourd’hui environ 95% du dihydrogène est produit à partir des combustibles fossiles par reformage. Ce procédé est très utilisé pour produire de l’hydrogène, cette réaction chimique casse les molécules d’hydrocarbure sous l’action de la chaleur (entre 700°C et 1 100°C) pour en libérer le dihydrogène. Malheureusement cette forme de production contribue au réchauffement climatique puisqu’elle rejette du dioxyde de carbone (CO2), principal gaz responsable de l’effet de serre.
- L’électrolyse – Un courant électrique va être injecté dans l’eau, provoquant une dissociation des atomes entre l’oxygène et les deux atomes d’hydrogène : c’est le dihydrogène, celui qui va être récupéré.
L’hydrogène : une énergie pas comme les autres
Consommer de l’énergie sans directement émettre de gaz à effet de serre représente l’un des avantages que nous offre l’utilisation de l’hydrogène. Ses propriétés chimiques offrent un intérêt énergétique majeur puisque ce dernier offre la possibilité après avoir été produit, d’être stocké, transporté et utilisé.
L’énergie contenue dans l’hydrogène peut être récupérée de deux manières : en le brûlant ou par une pile à combustible.
En tant que vecteur d’énergie désormais exploitable, l’hydrogène peut être valorisé dans de nombreux autres usages :
- La combustion d’hydrogène génère une forte quantité d’énergie pouvant être exploitée afin de produire de la chaleur ou de l’électricité
- La molécule H2 de dihydrogène peut être produite à partir d’énergies renouvelable permettant ainsi de réduire les émissions de gaz à effet de serre.
- La combustion d’hydrogène étant totalement décarbonée, elle devient une alternative aux énergies fossiles émettrices de CO2.
- Les bouteilles d’hydrogène se stockent facilement, en plus d’être une solution de stockage d’énergie massive et efficiente.
Mêmes si l’utilisation de l’hydrogène possède de nombreux avantages, elle nécessite tout de même quelques innovations afin de lever les problèmes suivants :
- La production d’hydrogène nécessite trop d’énergie (notamment pour sa production décarbonée) ;
- Son stockage nécessite une grande quantité d’énergie pour sa compression ;
- Les coûts de ce type de production sont élevés et relèvent d’importants investissements ;
- Du fait de son inflammabilité, l’hydrogène nécessite de prendre des précautions lors de son utilisation.
Tous ces problèmes montrent que l’utilisation de l’hydrogène nécessite encore de nombreux investissements afin que ses rendements soient appréciables et réellement avantageux.
L’hydrogène peut être utilisé pour de multiples usages : converti en électricité, en chaleur ou en énergie cinétique.
Son utilisation est possible pour des applications stationnaires, industrielles et mobiles, c’est-à-dire qu’elle peut être utilisée en tant que composé chimique, comme force motrice ou encore comme électricité.
Cependant sa transformation nécessite un convertisseur d’énergie, communément appelé « la pile à hydrogène combustible ».
L’hydrogène en France
Nous l’avons vu, l’énergie utilisable et contenue dans l’hydrogène provient de sa production et de son stockage.
Il existe 2 manières de récupérer cette énergie :
- Soit en le brulant, et dans ce cas la combustion libère 3 x plus d’énergie que l’essence pour un poids de consommation équivalente.
- Soit grâce à une pile dite « à combustible » qui produit de l’électricité à l’issue d’un apport d’air à H2 dans la pile.
Pour ces deux modes de production le déchet rejeté n’est que de l’eau.
Les modes de productions permettent des exploitations différentes :
- Mélangé au méthane dans un réseau de gaz pour produire de la chaleur, comme carburant dans un véhicule électrique via une pile à combustible, sur le réseau électrique.
- D’autre part les propriétés chimiques de l’hydrogène rendent son exploitation possible dans les secteurs du raffinage d’hydrocarbures, de la production d’engrais, de la chimie.
- Il peut aussi être utilisé comme matière première mélangé au CO2 issu de la production du méthane de synthèse, et utilisé comme gaz, identique au gaz naturel.
Aujourd’hui, devenu un marché essentiellement industriel, l’hydrogène est un produit utilisé tant dans l’industrie pétrolière que dans l’industrie chimique : il est estimé à 60 Mt à l’échelle mondiale et à près de 1 Mt sur le marché français. La production d’hydrogène en France s’élève jusqu’à 900 000 tonnes par année.
A eux trois, la désulfurisation de carburants pétroliers (60%), la synthèse d’ammoniac pour les engrais (25%) et pour la chimie (10%), composent de manière prépondérantes le marché industriel.
L’hydrogène est responsable de l’émission de 11,5 Mt de CO2 en France, (soit 3% des émissions nationales), puisqu’il est produit à 94% d’énergies fossiles (gaz, charbon, hydrocarbures).
L’innovation et les progrès technologiques de l’électrolyse, ont permis de produire de l’hydrogène de façon économique et décarbonée. Ainsi, cette méthode permettant de séparer une molécule en deux sans utiliser d’énergies fossiles apportera à terme une solution pour l’intégration au système électrique, des énergies renouvelables.
Certaines études d’industriels viennent à prouver la possibilité de produire à grande échelle de l’hydrogène décarboné, non renouvelable, à partir de méthane fossile où le CO2 émis lors de sa production serait capté et stocké dans le sous-sol. Le phénomène de décarbonation va se retrouver accéléré grâce à ce type de production d’hydrogène. Par conséquent, cette nouvelle technologie favorisera l’atteinte des objectifs fixés en matière de réduction des émissions de gaz à effet de serre et des polluants.
C’est autour des trois axes suivants : industrie, mobilité et énergie que va se structure la feuille de route hydrogène.
Zoom sur les différents axes du plan l’hydrogène
L’hydrogène constitue le socle d’un développement économique et environnemental vertueux dont le déploiement s’articule autour de 3 axes avec des étapes progressives.
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L’axe 1 est une phase d’amorçage.
La technologie de production d’hydrogène par électrolyse de l’eau est un levier alternatif pour les industries grosses consommatrices d’hydrogène dont les modes de production sont fortement émettrices de gaz à effet de serre (raffinerie et chimie). Solution simple et moins coûteuse du fait de la réduction des coûts des électrolyseurs, ce mode de production « décarboné » sera compétitif d’ici 2035. Par ailleurs les possibilités des technologies par membrane à échange de protons (PEMFC) et alcaline sont aujourd’hui avérée.
La récente technologie de production à haute température, du fait de ses potentiels de haut rendement reste la plus prometteuse en termes de compétitivité. La France possède une belle avance sur cette technologie reconnue par les industriels.
La filière électrolyse sur la production de l’hydrogène à usage industriel est particulièrement soutenue par les pouvoirs publics en plus des aides déjà existantes sur la R&D et l’innovation.
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L’axe 2 consiste à valoriser les usages de la mobilité en complément des filières batterie.
La transition énergétique met l’accent sur la montée en puissance la mobilité propre. Dans ce domaine, les technologies basées sur l’hydrogène permettent d’envisager des développements complémentaires aux batteries très intéressants, notamment en ce qui concerne les transports lourds et à grands rayons d’actions ou encore nécessitant des temps de rechargements rapides.
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L’axe 3 vise à introduire l’usage de l’hydrogène dans les réseaux de gaz naturel afin de stabiliser des réseaux énergétiques sur le moyen-long terme. L’objectif n° 1 est de réduire l’utilisation de combustible fossile importé.
Autre visée de développement a moyen terme : flexibiliser le système électrique grâce a des moyens de stockages, notamment saisonnier et phase d’accroissement des énergies renouvelables non pilotables et non pilotables.
Enfin on peut projeter qu’au-delà de 2035, les réseaux énergétiques pourraient être stabilisés grâce à l’apport de l’hydrogène, non seulement avec une accélération des injections dans les réseaux gaziers, mais aussi avec les premiers déploiements de services au réseau électrique dans les zones interconnectées (ZNI). Les premières expérimentations liées à ces projets font apparaître l’intérêt et les potentialités rapides de l’exploitation de l’hydrogène.
SNECI et le déploiement de l’hydrogène
Conscient de l’importance de l’hydrogène vert dans la transition énergétique pour tous les secteurs, SNECI accompagne les producteurs et fournisseurs d’hydrogène dans le monde entier.
Nous aidons les industriels à produire et fournir de l’hydrogène vert avec une approche technique globale, agile et efficace. Et nous accompagnons les fournisseurs dans leur distribution et leur développement commercial.
Notre credo : performance, efficacité, partage des coûts, transparence et agilité !
Avec 70 ans d’expérience dans l’industrie et des racines profondes dans l’automobile, une industrie complexe d’excellence, nous apportons notre expertise aux industriels de secteurs très variés, de la santé, du ferroviaire et de l’aéronautique à l’énergie, au luxe, à la défense et à la mobilité.
Nous accompagnons nos clients dans le déploiement d’installations d’hydrogène vert par électrolyse en améliorant leurs procédés et leur rentabilité tout en tenant compte des contraintes réglementaires locales.
Nos 10 filiales nous permettent d’accompagner tout industriel ou fournisseur dans le monde entier, qu’il soit en Afrique, en Asie, en Europe ou en Amérique.
Notre accompagnement en amélioration de la performance industrielle s’articule autour de plusieurs axes :
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- Définition du plan d’action
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