Le rôle de l’hydrogène dans l’économie de demain

Le rôle de l’hydrogène dans l’économie de demain

Tout d’abord, qu’est-ce que l’hydrogène ? Les étudiants en science parmi vous auront rapidement compris que nous parlons du premier élément du tableau périodique des éléments, mentionné comme “H”. L’hydrogène est l’élément le plus abondant de notre univers en plus d’être le plus léger, mais on ne le trouve cependant jamais en tant que tel dans la nature. En effet, la plupart du temps, l’hydrogène est associé à l'oxygène pour former l’eau (H2O). De plus, il est important de noter que cet élément est gazeux à température ambiante. Bon d’accord… Mais pourquoi s’intéresser à cet élément plutôt qu’un autre ? Après tout, j’aurais pu vous parler de n’importe quel autre élément parmi les 188 du tableau de Mendeleïev. Au travers de cet article, je vais vous donner un bref aperçu du rôle que  cet atome pourrait avoir dans notre société et dans l’économie de demain.

Tout d'abord, l’utilisation de l’hydrogène dans l’économie n’est pas nouvelle. Il est utilisé depuis plus d’un demi-siècle dans l’industrie pétrochimique pour notamment la fabrication d’engrais, de méthanol ou la désulfuration des carburants. Aujourd’hui, cet hydrogène est principalement obtenu en fractionnant du gaz, en gazéifiant du charbon ou en tant que sous-produit d’un autre processus industriel. Comme vous pouvez aisément le deviner, ces processus sont loin d’être neutre en émissions de carbone. Toutefois, il existe depuis quelques années un nouveau processus qui gagne rapidement du terrain grâce à sa démocratisation, ses avancées techniques et son soutien politique : l’électrolyse de l’eau. L’électrolyse de l’eau consiste à séparer la molécule d’eau (H2O) en Hydrogène (H2) et en oxygène (O). Ce processus nécessite uniquement de l’électricité pour fonctionner et, à l'exception des émissions carbones liées à la production de l’électricité qu’il utilise (Scope 2), ce procédé n’émet pas de CO2 directement (Scope 1). Dès lors, vous comprenez vite que son intérêt se trouve en combinaison avec des sources d’électricité peu carbonées comme les énergies renouvelables ou l’énergie nucléaire.

Quand est-il alors de son utilisation ? L’enjeu de l’hydrogène de demain se trouve-t-il uniquement dans le remplacement de son mode de production pour diminuer les émissions carbones de l’industrie chimique ?

De récents développements techniques laissent entrevoir un rôle beaucoup plus vaste de l’hydrogène dans l’économie de demain. En effet, en plus des secteurs historiques d’utilisation de l’hydrogène, l’hydrogène trouve un air de renouveau dans les secteurs de la mobilité, de l’industrie métallurgique ainsi que l’industrie de l’énergie. Concernant le secteur chimique, son intérêt ne s’arrête pas simplement au remplacement de son mode de production par l’électrolyse de l’eau. L’hydrogène peut en effet être associé avec du dioxyde de carbone (CO2) capté depuis une source d’émission inévitable, comme une cimenterie par exemple, pour former du méthanol. Celui-ci peut ensuite être utilisé comme carburant non-fossile, ce qui réduit les émissions puisque le CO2 est émis une seule fois plutôt que 2.

Par ailleurs, l’hydrogène a également un intérêt dans le domaine de la métallurgie, l’un des secteurs les plus émetteurs au monde. Le processus de réduction directe du fer via l’utilisation d’hydrogène offre alors une alternative nettement moins émettrice que les processus classiques, permettant ainsi une diminution drastique d’un secteur difficile à décarboner.

Ensuite, l’hydrogène offre des possibilités en matière de mobilité. Contrairement à son utilisation dans la chimie et la métallurgie, qui l’utilisent via une réaction chimique, l’hydrogène peut également être utilisé pour produire de l’électricité. Ce processus est l’opposé de l’électrolyse: l’hydrogène est associé à l’oxygène de l’air ambiant afin de produire de l’électricité ainsi que de l’eau. L’hydrogène, dans ce cas-ci, est donc utilisé comme vecteur d’énergie: l’électricité utilisée pour créer l’hydrogène est partiellement régénérée par la pile à combustible au sein du véhicule. La production d’hydrogène est dès lors un moyen de stocker de l’électricité. Son utilisation en mobilité est ainsi similaire aux voitures électriques à batterie, sauf qu’un réservoir à hydrogène compressé remplace les batteries afin de fournir le moteur électrique.

Quel est l’intérêt de remplacer les batteries par de l’hydrogène, me diriez-vous ? Et bien, pour certaines solutions de mobilité, l’hydrogène offre un avantage environnemental majeur comparé aux batteries. Tout d’abord, la fabrication de batteries nécessite énormément de métaux rares, type cobalt, lithium etc. , dont l’impact environnemental de l’extraction peut se révéler désastreux. De plus, la production de batteries émet énormément de CO2. L’impact environnemental du cycle de vie d’un véhicule électrique à batterie comparé à un véhicule électrique à hydrogène peut donc se révéler plus important, particulièrement pour la mobilité lourde. En effet, bien que l’avantage environnemental de l’hydrogène pour les voitures personnelles soit discutable, son avantage est considérable pour les bus et camions. L’utilisation de batteries pour ce type de véhicule se révèle plus néfaste pour l’environnement au vu de la taille et du poids de ces batteries.

Enfin, au vu de la propriété de vecteur d’énergie de l’hydrogène, celui-ci peut être utilisé pour stocker de l'électricité à long terme. Ce gaz pourrait donc être une solution de choix pour compenser l'intermittence des énergies renouvelables. L’hydrogène qui serait produit durant des périodes de forte production d’électricité et de faible demande (ex : à midi en été), pourrait être converti en électricité en période de faible production et forte demande (ex: en soirée en hiver). Cet hydrogène pourrait être stocké en sous-sol dans des formations géologiques particulières, dans d’anciennes mines ou bien en surface dans réservoir adapté en attendant d’être utilisé.

En conclusion, l’hydrogène produit à partir d’électrolyse offre d’uniques alternatives à des secteurs difficilement décarbonables tels que la chimie, la métallurgie ou la mobilité lourde. Son utilisation réfléchie ainsi que les améliorations techniques feront de cet élément un des piliers de notre transition. Bien qu’il soit essentiel de rappeler que l’électrolyse de l’eau ne constitue qu’une faible fraction de l’hydrogène actuellement produit, l’hydrogène bas carbone est voué à devenir un levier clé de l’économie durable de demain.

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