Fiche n°4 : Avantages / Inconvénients de l’hydrogène
Quels sont les avantages et les inconvénients de l’hydrogène ?
L’hydrogène est de plus en plus perçu comme un pilier indispensable pour réussir la transition écologique. Mais d’où vient cet engouement ? Voici un tour d’horizon des avantages et inconvénients de l’hydrogène.
L’HYDROGÈNE COMME LEVIER DE DÉCARBONATION
Aujourd’hui l’hydrogène est produit à plus de 95% à partir d’énergies fossiles et notamment de gaz naturel. L’enjeu est donc de le produire en réduisant les émissions de gaz à effet de serre, via notamment l’électrolyse de l’eau (cf fiche pédagogique 2).
De cette manière l’hydrogène permettrait de décarboner les industries et les mobilités.
L’hydrogène renouvelable et bas carbone est nettement moins émetteur de GES que ses équivalents par vaporeformage. Cela a un impact sur…
l'industrie
Un des objectifs de la stratégie nationale bas carbone* est de décarboner l’industrie via la production d’hydrogène renouvelable et bas carbone.
*L’arrêté du 1er juillet 2024 définit le seuil d’émission de GES de l’hydrogène renouvelable et de l’hydrogène bas-carbone à 3,38 kgCO2e/kgH2, conformément à la réglementation européenne. Soit une réduction des émissions de GES d’au moins 70% par rapport à l’hydrogène produit par vaporeformage de gaz fossile.
Source : https://librairie.ademe.fr/changement-climatique-et-energie/4213-analyse-de-cycle-de-vie-relative-a-l-hydrogene.html
et la mobilité
Concernant la mobilité, l’hydrogène a un avantage double du point de vue des émissions :
• Aucune émission de CO2 à l’utilisation (en tant que véhicule électrique)
• Moins d’émissions de CO2 que leurs homologues diesel – et environ autant qu’un véhicule électrique à batterie – au regard de l’analyse du cycle de vie (ACV).
La densité
L’hydrogène a une densité énergétique volumique faible. En pratique, une compression à haute pression est nécessaire pour l’expoiter sous forme gazeuse.
En revanche, le contenu énergétique d’1 kg d’H2 (33,3 kWh/kg PCI*) est 3x plus grand qu’1 kg de Diesel (12,06 kWh/kg PCI*).
*PCI : Pouvoir Calorifique Inférieur
L'énergie
L’hydrogène est une solution particulièrement intéressante pour des applications très exigeantes qui requièrent une autonomie importante ou une grande flexibilité d’usage : usage intensif ou disponibilité.
Bien que l’hydrogène soit déjà historiquement utilisé dans l’aéronautique et le spatial, son potentiel de déploiement se trouve dans de nouvelles applications (industrie, transport, usages stationnaires, Power-to-Gas, etc.)
À noter que l’hydrogène a une densité énergétique massique 3x plus importante que le kérosène (11,94 kWh/kg PCI*).
Le stockage gazeux
Étant donné qu’il faut souvent comprimer l’hydrogène sous forme gazeuse, cela nécessite des moyens de stockage pouvant résister à des pressions très fortes allant jusqu’à 900 bar ! À titre d’exemple, l’hydrogène sera stocké à 350 bar dans une benne à ordure ménagère mais à 700 bar dans un véhicule particulier.
Pour comparaison, la pression sur le sous-marin lors du record du monde de profondeur (10 000 mètres) était aux alentours de 1 000 bar…
Le stockage liquide
Il est également possible de stocker de l’hydrogène sous forme liquide, en le refroidissant à très bassetempérature (-253°C). La liquéfaction de l’hydrogène (LH2) permet d’augmenter encore plus sa masse volumique, et de réduire ainsi la taille des stockages. Le stockage liquide (70 kg/m3) est 3 fois plus efficace que le stockage gazeux à 350 bar (23 kg/m3).
Demande électrique
Pour produire en France, via électrolyse, les 900 000 tonnes d’hydrogène consommées chaque année dans l’hexagone, il faudrait 51,3 TWh soit près de 10% de la production française. Cela dit, d’autres méthodes existent telles que le SMR+CCUS* ou encore la biomasse (voir schémas ci- dessous) et l’hydrogène sera aussi importé par bateau et pipeline.
*SMR : Steam Methane Reforming (Vaporeformage de méthane) CCUS : Carbon Capture Utilisation and Storage (Captage, stockage, utilisation du CO2)
Le transport
L’hydrogène peut être transporté par pipeline (sous forme gazeuse), par camions ou par bateaux (sous forme liquide ou gazeuse) ou par le biais d’un autre porteur chimique (ammoniac, méthanol, hydrosil, e-ammoniac, e-methanol, etc.).
Cependant, chaque mode de transport à ses avantages et inconvénients. C’est donc souvent la quantité/distance qui dicte le mode de transport choisi.
Cela dit, le réseau électrique ne permettra pas de transporter de grandes quantités d’énergie sans opérer des travaux conséquents (investissements lourds). L’hydrogène se présente alors comme une alternative séduisante. Transporter de l’hydrogène sur de longues distances (par pipeline) et en grandes quantités, revient entre 8 et 12x moins cher que de transporter de l’électricité sur les réseaux hautes tensions.
L'hydrogène en soutien aux Énergies renouvelables (EnR)
Une solution à l’intermittence des EnR
L’hydrogène peut également être un vecteur énergétique de stockage de l’électricité pour un usage différé. On peut ainsi produire et stocker de l’hydrogène le jour pour s’en servir la nuit, ou même l’été pour s’en servir l’hiver (intersaisonnalité). L’hydrogène stocké peut ensuite être utilisé tel quel oureconverti en électricité.
Une solution parfois plus économique que le raccordement au réseau électrique
Comme nous l’avons vu précédemment, transporter de l’hydrogène sur de longues distances et en grandes quantités est plus économique que via le réseau électrique. Ainsi, l’hydrogène pourrait permettre la valorisation de gisement EnR non exploités à date pour cause de distance de raccordement trop importante.
Ex : un champ de panneaux solaires en plein milieu du désert ou un parc éolien en mer se trouvant à des centaines de kilomètres du réseau électrique, sans consommateur local.
La question du rendement
Le rendement de la chaîne de valeur de l’hydrogène est souvent décrié. Cependant, le rendement n’est qu’une des nombreuses variables de l’équation dans la décarbonation.
La mobilité
La seule prise en compte du rendement tend à favoriser l’électrique à batterie.
Cependant, bien que la batterie réponde à certains cas d’usages, l’hydrogène est particulièrement pertinent pour les usages intensifs (taxis, utilitaires à usage professionnel) ou de puissance élevée (mobilité lourde).
À noter que le rendement net électrique d’une pile à combustible (entre 45 et 50%) est supérieur à celui d’un moteur thermique (entre 17 et 35%). De plus, le rendement thermique de la pile à combustible peut être utilisé pour chauffer le véhicule.
Batterie et hydrogène sont complémentaires.
La prise en compte de l’ensemble des facteurs est nécessaire pour faire un choix technologique, et en particulier les contraintes opérationnelles sur les aspects de mobilité.
Industrie
La décarbonation de certains usages industriels utilisant déjà de l’hydrogène, passera notamment par l’utilisation d’hydrogène bas carbone ou renouvelable.
Pour ces industries, le frein majeur pour opérer cette transition réside dans le coût de l’H2 bas-carbone ou renouvelable.
Les multiples usages de l'hydrogène
Historiquement, l’hydrogène est utilisé dans les processus industriels (chimie, fertilisants, prétrochimie), et pourrait être utilisé de manière croissante dans des nouveaux usages et pour d’autres applications telles que dans la mobilité et l’industrie.
Résumé des avantages et inconvénients de l'hydrogène
