Les ambitions démesurées de l'hydrogène

« La question n’est plus de savoir si le déploiement de la filière hydrogène aura lieu, mais s’il sera aussi rapide que prévu, analyse Luc Poyer, le président de McPhy, producteur français d’électrolyseurs alcalins. Ce renversement s’est opéré grâce aux plans vigoureux de soutien à la filière hydrogène mis en place par les pouvoirs publics. » De l’autre côté de l’Atlantique (États-Unis, Canada, Colombie, Chili) à l’Asie (Chine, Japon, Corée du Sud, Inde), en passant par l’Océanie… Désormais, rares sont les pays dépourvus de stratégie nationale dédiée à l’hydrogène. L’Europe est loin d’être en reste : la Commission européenne a dévoilé, dès juillet 2020, une feuille de route ambitieuse que les États membres sont invités à décliner. « C’est vraiment parti, nous changeons d’échelle ! », se réjouit Xavier Vigor, le directeur des technologies hydrogène-énergie d’Air liquide.

L’impulsion est donnée par l’argent public. La France veut soutenir la filière hydrogène à hauteur de 8,9 milliards d’euros sur dix ans. L’Allemagne et l’Espagne mettent chacune sur la table 9 milliards d’euros à l’horizon 2030. Des montants très élevés qui découlent de la rencontre entre le besoin de décarboner des secteurs très émetteurs de CO2 – l’industrie et la mobilité lourde – et la maturité atteinte par les briques technologiques de toute la chaîne hydrogène – production, transport, stockage, distribution, usage en mobilité. Même si la R&D s’active pour améliorer la performance et la durabilité des équipements, « les technologies sont sur étagère. La partie de recherche pure est désormais derrière nous », assure Xavier Vigor.

Des volumes d’hydrogène vert titanesques

Entre toutes les couleurs possibles de l’hydrogène, qui correspondent à ses modes de production, le vert, issu d’électricité d’origine renouvelable, est au cœur des ambitions de la plupart des pays. Le très décrié hydrogène bleu – produit à partir de gaz naturel avec captage et séquestration de CO2 – tiendra toutefois une place de choix au Royaume-Uni, tandis que l’Union européenne le juge nécessaire « à court et moyen terme ». L’hydrogène jaune, issu d’électricité d’origine nucléaire, pourrait s’imposer en France. Un immense appel d’air se crée donc pour les technologies d’électrolyse de l’eau. Les électrolyseurs à basse température, alcalins et à membrane échangeuse de protons (PEM) sont prêts au déploiement. Les électrolyseurs à haute température, comme ceux qu’industrialise le français Genvia (CEA-Schlumberger), pourraient s’imposer à la fin de la décennie.

Les volumes d’hydrogène vert escomptés donnent le tournis. D’ici à 2030, l’Union européenne veut produire 10 millions de tonnes d’hydrogène bas carbone par an grâce à 40 giga­watts (GW) de capacité d’électrolyse installée. La France vise entre 6,5 et 10 GW. Des ambitions titanesques, à comparer aux… 58 mégawatts (MW) d’électrolyseurs installés en Europe en 2018, d’après l’Observatoire européen des piles à combustible (FCHO). « Par rapport à la situation actuelle, nous sommes devant une multiplication par 1 000 des capacités de production en dix ans ! », estime Luc Poyer.

Les projets d’usines de production d’hydrogène vert pullulent. La start-up nantaise Lhyfe promet par exemple d’en produire 30 tonnes par jour d’ici à 2024, dans le cadre du projet GreenHyScale. Un collectif européen d’une trentaine d’industriels de l’énergie (HyDeal Ambition) assure pouvoir arroser le marché européen de 500 000 tonnes par an dès 2025. Cette dynamique entraîne une course aux installations d’électrolyseurs. Rien qu’en France, deux gigafactories (1 GW par an) devraient sortir de terre : l’une en Alsace avec le belge John Cockerill, l’autre sur le Territoire de Belfort avec le français McPhy. « L’hydrogène est très prometteur, avec beaucoup de projets censés être livrés dès 2025. Mais vont-ils tenir leurs délais ?, s’interroge ­Emmanuel Austruy, directeur associé du Boston Consulting Group (BCG). Très peu sont aujourd’hui en cours de construction ou ont passé leur décision finale d’investissement. »

Des coûts à diminuer

Ce gigantisme doit permettre, grâce à des économies d’échelle, de diminuer les coûts de production de l’hydrogène renouvelable. Produire vert reste pour l’instant trois fois plus cher que fournir de l’hydrogène fossile (4 à 6 euros/kg contre 1,6 euro/kg). « En cinq ans, nous avons divisé par plus de deux le coût de notre électrolyseur, qui revient désormais à 700 000 euros/MW. Nous voulons atteindre 300 000 euros/MW avant fin 2030 », affirme le président de McPhy, qui ajoute toutefois que « plus des trois quarts des coûts relatifs à l’hydrogène dépendent du prix de l’électricité ». « Le coût reste encore un frein sérieux, mais ce n’est plus de la science-fiction », commente Philippe Boucly, le président de France Hydrogène.

L’Europe destine en priorité tout cet hydrogène à des usages industriels. Les consommateurs actuels d’hydrogène d’origine fossile (fabricants d’ammoniac et raffineurs de pétrole principalement) ou les nouveaux consommateurs industriels (sidérurgie en tête) sont incités à se fournir en hydrogène vert. La deuxième cible est la mobilité lourde (camions, bus, trains, engins de chantier). « Toute la mobilité terrestre qui peut difficilement être électrifiée par les batteries », précise ­François ­Kalaydjian, le directeur de l’économie et de la veille à l’Institut français du pétrole Énergies nouvelles (Ifpen).

À plus long terme, d’autres usages sont envisagés : mobilité légère, électrocarburants pour l’aérien ou le maritime, ­stockage de l’électricité renouvelable en inter­saison, voire le controversé chauffage des bâtiments résidentiels [voir l’infographie]. La diffusion tous azimuts de la molécule miracle risque cependant de se heurter à de sérieux obstacles. Tout d’abord, lorsque l’hydrogène est reconverti en électricité par une pile à combustible, le rendement énergétique global est bien faible. Pour un usage en mobilité, l’Ademe estime le rendement de l’hydrogène à 22 %, de l’électrolyseur à la roue. À comparer aux 80 % de rendement de la mobilité à batterie lithium-ion, qui ne fait que charger et décharger des électrons.

Des capacités limitées

Le deuxième obstacle concerne la disponibilité de l’hydrogène. La filière, déjà en surchauffe, va peiner à satisfaire les usages, même en se restreignant à ceux désignés comme prioritaires. D’autant que, pour l’hydrogène vert, les capacités de production d’électricité d’origine renouvelable pourraient vite devenir un facteur limitant.

Rien que la couverture des besoins actuels en hydrogène à l’échelle mondiale (70 millions de tonnes par an) nécessiterait l’équivalent de 5 à 6 millions d’hectares de panneaux photo­voltaïques, soit plus de quatre fois la superficie de l’Ile-de-France, d’après l’Office parlementaire d’évaluation des choix scientifiques et technologiques (OPECST). Cela reviendrait encore à implanter plus d’un million de nouvelles éoliennes ou bien à installer 400 nouveaux réacteurs nucléaires de 1 GW.

« Il y a un lobbying intense de la part de l’industrie fossile à Bruxelles pour augmenter la demande en hydrogène, observe ­Anna-Lena Rebaud, chargée de campagne climat et transition juste au sein de l’association Les Amis de la Terre. Nous resterions alors dépendants de l’hydrogène fossile, dont l’hydrogène bleu. » L’hydrogène produit à partir d’énergies renouvelables pourra-t-il faire face à cette folie des grandeurs ?