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Pourquoi l’hydrogène est-il un pilier de la transition énergétique ?

Mise à jour le 28 janvier 2021

Dans le nouveau paysage énergétique de la planète, l’électricité jouera probablementle rôle principal. Mais elle a un gros défaut : la stocker et la transporter est difficile, coûteux et polluant.

De nouvelles manières de stocker l’électricité sont donc en train de voir le jour, comme sa transformation en hydrogène.

Qu’est-ce que l’hydrogène ?

L’hydrogène est l’élément chimique le plus abondant de l’univers. C’est sous la forme moléculaire H2 (dihydrogène), qu’il prend à l’état gazeux, que cet élément est exploitable d’un point de vue énergétique.

On ne trouve pas de H2 à l’état naturel sur Terre. Il n’existe donc aucune « source » ou « puits » d’hydrogène. Pour obtenir de l’hydrogène, il faut le fabriquer.

Pourquoi s’intéresse-t-on autant à l’hydrogène ?

L’hydrogène n’est pas un inconnu. Ce gaz était déjà utilisé pour gonfler les zeppelins dans les années 1920. Il est aujourd’hui utilisé largement dans l’industrie chimique et pétrochimique.

Notre pays compte 613 km de pipelines souterrains d’hydrogène, le plus long réseau d’Europe. Il passe par Anvers, Zeebrugge, Gand, Bruxelles et Charleroi, notamment. Et ce réseau est connecté avec ceux des pays frontaliers.

Si l’hydrogène fait l’objet de toutes les attentions aujourd’hui, c’est que c’est le gaz décarboné ultime : il ne comprend pas du tout de carbone, et sa combustion ne génère que de l’eau, donc aucun polluant

En tant que combustible, l’hydrogène peut:

  • servir de carburant (voitures, camions, bus, bateaux, mais aussi des satellites)
  • servir de combustible en mélange avec le gaz
  • produire simultanément de l’électricité et de la chaleur

Comment fabrique-t-on l’hydrogène ?

On distingue aujourd’hui :

  • l’hydrogène « gris », dont le procédé de fabrication génère des émissions de CO2
  • l’hydrogène « bleu » , produit de la même façon mais cette fois avec recapture du CO2,
  • l’hydrogène vert, produit sans émissions de CO2, à partir de sources renouvelables.

L’hydrogène « gris » : à partir de gaz naturel ou d’électricité

Actuellement, l’hydrogène est fabriqué à 95 % à partir de gaz naturel, d’origine fossile, non renouvelable. On peut également produire de l’hydrogène avec de l’électricité, par électrolyse. C’est un procédé qui permet de séparer l’eau en ses deux composants : l’oxygène et l’hydrogène.

Si l’électricité utilisée n’est pas d’origine renouvelable, l’hydrogène produit ne l’est pas non plus. Et sa fabrication dégage donc indirectement du CO2. Par exemple dans la centrale électrique au gaz ou au charbon qui a servi à faire l’électricité pour l’électrolyse.

L’hydrogène « vert » : à partir d’électricité verte

Si on fabrique l’hydrogène à partir d’énergie verte, renouvelable, l’hydrogène ne pollue pas lors de sa fabrication. Et l’on sait déjà qu’il ne pollue jamais lors de sa consommation.

Quelles perspectives pour l’hydrogène ? 

Stocker l’électricité verte en surplus

L’hydrogène offre une réponse très prometteuse pour résoudre le grand problème des sources d’énergie renouvelables (photovoltaïque, éolienne, hydro-électrique) : elles sont intermittentes, variables et imprévisibles. Mais la quantité d’énergie disponible est largement plus grande que tout ce que nous pouvons consommer.
Il « suffirait » donc de :

  • capter cette énergie (avec davantage de panneaux photovoltaïques, d’éoliennes…) et de pouvoir la stocker en fabriquant de l’hydrogène ;
  • quand le vent est tombé ou le soleil absent, il « suffirait » de fabriquer à nouveau de l’électricité avec l’hydrogène stocké, grâce à une « pile à combustible ».
En résumé, l’hydrogène n’est pas une source d’énergie, c’est un « vecteur » d’énergie, comme le sont une batterie ou un lac de barrage.

Convertir l’électricité en gaz de chauffage

Il suffit de mélanger l’hydrogène avec le gaz naturel du réseau de distribution pour pouvoir l’utiliser dans des équipements habituels. À raison de 6 % environ d’hydrogène, aucun changement ne doit être apportée au réseau ni aux appareils. Moyennant adaptations, on pourrait aller jusqu’à 20 %.

L’hydrogène permet ainsi de créer une « passerelle » entre le réseau électrique et le réseau gaz. Il permet de passer d’une forme d’énergie à l’autre. Et surtout il permet de répondre aux problèmes de l’intermittence des sources d’énergie renouvelable.

Beaucoup de projets sont en développements dans le monde, et l’Union européenne soutient activement les recherches en ce domaine.

À Bruxelles, Sibelga a initié avec des partenaires le projet « Hydrogen to Grid National Living Lab ». L’objectif la création d’un laboratoire où sera testé l’hydrogène vert, le pilier de la transition vers un monde et une énergie durables.

Alimenter des véhicules à hydrogène

On en est encore loin de voir se multiplier les stations-service à hydrogène dans notre pays. Il est même difficile d’acheter une voiture à hydrogène et elles sont très chères. Mais en Allemagne, pays de constructeurs automobiles, une soixantaine de stations sont déjà en service.

Pourquoi l’hydrogène n’est-il pas encore exploité à large échelle ?

La technique pour produire de l’hydrogène avec de l’électricité est connue depuis plus de 200 ans. Mais entre une belle expérience de labo et une utilisation économique rentable, il y a de la marge…

L’atome d’hydrogène est très petit et l’hydrogène est très léger

Stocker l’hydrogène est difficile : son atome est si petit qu’il passe à travers les réservoirs en métal. De plus, il rend le métal fragile.

Par ailleurs, l’hydrogène est si léger qu’il faut le stocker sous d’énormes pressions pour constituer un stock assez important. Ou il faut le liquéfier à -253°C. Mettre sous pression ou liquéfier demande de l’énergie – il y a donc une consommation supplémentaire d’énergie à ce niveau.

La conversion hydrogène-électricité engendre des pertes

Quand on produit de l’hydrogène avec de l’électricité ou l’inverse, le processus engendre des pertes importantes : on ne retrouve pas la quantité d’électricité de départ après les deux opérations.

On en perd en fait plus de la moitié : 25% dans l’électrolyse et encore une fois 50% environ dans la pile à combustible, du moins avec les technologies actuelles.

Cette perte ne sera acceptable que quand on disposera de très importantes quantités d’électricité renouvelables à très bas coût. Ou quand on aura réussi à diminuer ces pertes.

L’hydrogène est hautement inflammable

L'hydrogène peut s’enflammer dans une très vaste gamme de mélange avec l’air (entre 4 et 75%), ce qui n’est pas le cas du gaz naturel, par exemple : celui-ci ne brûle en mélange avec l’air qu’entre 5 et 14 %).

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