Souvent qualifié de carburant du futur, l’hydrogène vert est au cœur de tous les débats énergétiques actuels. Cet article propose de décrypter ce nouvel “or vert” : comment fonctionne sa production? Peut-il réellement remplacer les énergies fossiles dans l’industrie et le transport ? Et quelle place occupe-t-il dans la transition écologique en France et dans le monde ? Voici tout ce qu’il faut savoir.
Hydrogène vert : définition
L’hydrogène (H₂) est un gaz très léger, naturellement présent dans l’eau (H₂O) et dans les hydrocarbures comme le gaz naturel. Ce n’est pas une source d'énergie primaire, mais un vecteur énergétique : c’est-à-dire qu’il permet de stocker et de transporter de l’énergie produite ailleurs.
On parle d’hydrogène “vert” lorsqu’il est produit à partir d’électricité renouvelable, grâce à un procédé appelé électrolyse.
Concrètement, l’hydrogène par électrolyse consiste à séparer les molécules d’eau à partir d’électricité pour obtenir :
- de l’hydrogène (H₂)
- de l’oxygène (O₂)
Si l’énergie renouvelable utilisée provient d’éoliennes, de panneaux solaires ou d’hydroélectricité, alors l’hydrogène produit est considéré comme renouvelable et bas carbone.
Les différentes “couleurs” de l’hydrogène
Chimiquement, tous les hydrogènes sont identiques. Ce qui change, c’est leur mode de production :
- Hydrogène gris : issu du vaporeformage du gaz naturel, très utilisé aujourd’hui, mais fortement émetteur de dioxyde de carbone.
- Hydrogène bas carbone ou hydrogène décarboné : produit avec peu d’émissions de gaz à effet de serre, par exemple via le nucléaire ou avec stockage du CO2.
- Hydrogène vert ou hydrogène renouvelable : obtenu par électrolyse de l’eau en utilisant de l’électricité issue d’énergies renouvelables comme l’éolien ou le solaire.
Aujourd’hui encore, la majorité des millions de tonnes d’hydrogène produites dans le monde proviennent des énergies fossiles, avec d’importantes émissions de CO2.
Comment fonctionne la production d’hydrogène vert ?
Produire de l’hydrogène vert est plus simple à comprendre qu’il n’y paraît. Il faut seulement trois éléments :
- De l’eau : c’est la matière première. L’eau contient de l’hydrogène et de l’oxygène.
- Un électrolyseur : il s’agit de l’appareil qui permet de séparer ces deux éléments.
- De l’électricité renouvelable : elle sert à faire fonctionner l’électrolyseur.
Le principe est donc le suivant : on utilise de l’électricité issue d’énergies renouvelables pour extraire l’hydrogène contenu dans l’eau.
L’électrolyse : le cœur du système
L’électrolyse est une réaction simple : on fait passer un courant électrique dans l’eau. Sous l’effet de ce courant, la molécule d’eau (H₂O) se sépare en :
- Hydrogène (H₂)
- Oxygène (O₂)
L’oxygène est libéré, et l’hydrogène est récupéré pour être stocké et utilisé plus tard.
Il faut environ 50 à 55 kWh d’électricité pour produire 1 kg d'hydrogène.
Si cette électricité provient de sources d'énergie fossiles, le bilan carbone se dégrade. En revanche, produit à partir d’énergies renouvelables, l’hydrogène devient un véritable outil de transition écologique.
L’hydrogène vert : un vecteur d’énergie stratégique
On parle de l’hydrogène comme d’un vecteur d’énergie. Cela signifie qu’il ne produit pas d’énergie par lui-même, mais qu’il permet de stocker et transporter de l’énergie produite ailleurs.
Il est stratégique pour trois raisons principales :
- Stocker l’électricité renouvelable
Les énergies renouvelables sont parfois produites en grande quantité… même quand on n’en a pas immédiatement besoin (par exemple beaucoup de soleil en journée). L’électricité excédentaire peut alors servir à produire de l’hydrogène, qui sera stocké pour une utilisation ultérieure.
- Transporter l’énergie sur de longues distances
L’hydrogène peut être transporté par camion, bateau ou canalisation. Cela permet d’acheminer de l’énergie renouvelable d’un territoire à un autre.
- Produire de l’électricité sans émissions
L’hydrogène peut être transformé de nouveau en électricité grâce à une pile à combustible.
Dans ce système, l’hydrogène réagit avec l’oxygène de l’air pour produire :
- De l’électricité
- De la chaleur
- De l’eau
Le seul rejet est donc… de l’eau. À l’usage, il n’y a pas d’émissions de gaz à effet de serre, ce qui en fait une solution intéressante pour décarboner les transports et certaines industries.
Quels secteurs peut-il aider à décarboner ?
L’hydrogène vert n’est pas destiné à remplacer toutes les énergies existantes. Il est surtout utile dans les secteurs où l’électrification est difficile.
L’industrie lourde
Aujourd’hui, l’hydrogène est déjà utilisé dans la production d’engrais, le raffinage ou la chimie.
Mais il s’agit majoritairement d’hydrogène gris. Remplacer ces usages par de l’hydrogène bas carbone permettrait de réduire les émissions de gaz à effet de serre.
À plus long terme, l’hydrogène peut aider à décarboner les secteurs comme :
- la sidérurgie
- la métallurgie
- la production de carburants synthétiques
La mobilité et le transport
En France, le transport est le secteur qui émet le plus de gaz à effet de serre. En 2023, il représente environ un tiers des émissions nationales. Réduire l’empreinte carbone des déplacements est donc un enjeu majeur.
Dans ce contexte, l’hydrogène vert se présente comme une solution prometteuse, notamment pour les transports lourds : bus, camions, trains diesel, et certains projets dans l’aviation.
Où en est l’hydrogène en France ?
L’hydrogène en France fait l’objet d’une stratégie ambitieuse, connue sous le nom de “stratégie nationale pour le développement de l'hydrogène décarboné en France”. L’État y investit plusieurs milliards d’euros pour développer la filière, soutenir la recherche, encourager l’innovation et financer des projets industriels.
La France consomme aujourd’hui environ 900 000 tonnes d'hydrogène par an, principalement d’origine fossile. L’enjeu est donc de transformer cette consommation vers un hydrogène produit à partir d’électricité décarbonée.
Les défis à relever
Même s’il présente de nombreux avantages, l’hydrogène vert fait encore face à plusieurs défis importants.
1. Le coût
La production d'hydrogène vert reste plus chère que celle à partir de gaz naturel. Toutefois, la baisse du coût des énergies renouvelables et l’industrialisation des électrolyseurs devraient améliorer la compétitivité.
2. Les besoins en électricité
Produire de l’hydrogène par électrolyse demande beaucoup d’électricité. Pour que le modèle soit cohérent, il faut développer massivement la production d’électricité renouvelable.
3. Les infrastructures
Transport, stockage, sécurité : toute une chaîne logistique doit être construite. Cela représente des investissements importants, mais aussi des opportunités économiques.
Hydrogène vert et transition énergétique : quel rôle à long terme ?
L’hydrogène vert ne remplacera pas toutes les sources d'énergie actuelles. Mais il peut devenir un pilier complémentaire du futur système énergétique.
Dans un monde visant la neutralité carbone, il agit comme :
- un vecteur énergétique de stockage
- une solution pour les usages industriels intensifs
- un outil pour réduire les émissions de gaz à effet de serre