Défis et Limites de l’Hydrogène

Bien que l’hydrogène présente un potentiel considérable en tant que source d’énergie propre, plusieurs défis doivent être surmontés pour réaliser pleinement son potentiel.

Coût de Production et d’Infrastructure

Le coût de production de l’hydrogène, surtout celui produit de manière écologique (hydrogène vert), reste élevé comparé aux combustibles fossiles et même à d’autres sources d’énergie renouvelables. Les technologies d’électrolyse, nécessaires à la production d’hydrogène vert, requièrent des investissements significatifs. De plus, le développement d’une infrastructure spécifique pour le transport, le stockage et la distribution de l’hydrogène représente un autre ensemble de coûts importants. Une étude poussée réalisée en 2023 par le Cereme évalue les coûts de l’hydrogène (quant à la production, le stockage et la distribution) et conclue que « en raison des limites technologiques et économiques liées notamment à la nécessité d’infrastructures diffuses de transport et de stockage, mais aussi des incertitudes liées au développement des piles à combustible, l’hydrogène ne pourra pas nécessairement être le carburant propre de l’avenir pour tous les types de transport, en dehors de quelques cas particuliers [le transport routier lourd par exemple]. » Les technologies de production, de stockage ou de transport de l’hydrogène sont soit insuffisamment matures, soit encore excessivement onéreuses, soit les deux. »

Les technologies de production, de stockage ou de transport de l’hydrogène n’offrent, dans les conditions actuelles, que peu de perspectives d’industrialisation compétitives à grande échelle.

CEREME, Étude des coûts complets de l’hydrogène, 2023

Efficacité énergétique

L’hydrogène présente des défis en termes d’efficacité énergétique. Le processus d’électrolyse, le stockage, le transport et la conversion de l’hydrogène en électricité via des piles à combustible entraînent des pertes d’énergie à chaque étape.  Selon une étude de Connaissance des Énergies (datant de 2020), le rendement de la chaîne « Power-to-H2-to-Power », qui consiste à produire de l’hydrogène par électrolyse, à le comprimer, à le stocker puis à le reconvertir en électricité par une pile à combustible, est estimé entre 25 et 35 %. Ce rendement est nettement inférieur à celui d’une chaîne de batterie, qui est de l’ordre de 70 à 80 %. Une autre analyse citée par Futura arrive à peu près aux mêmes conclusions.

Sécurité et perception publiques

Comme toute énergie, l’hydrogène n’est pas sans risque. Si en tant que gaz synthétique utilisé depuis des décennies dans l’industrie, il est réputé fiable et sécurisé, son développement pour des usages plus grand public (voire domestique) nécessite la mise en place de réglementations et de normes bien définies. L’hydrogène étant la plus petite molécule qui existe, elle est dotée d’une grande capacité de diffusion à travers les matériaux, augmentant ainsi le risque de fuite. L’hydrogène est hautement inflammable au contact de l’oxygène, avec une température de flamme de l’ordre de 2000°C pouvant entraîner une détonation et une explosion. Le public peut donc se demander si rouler à l’hydrogène est sécurisé. Des tests réguliers sont effectués sur les réservoirs (dont nous avons parlé précédemment), mais aussi sur les stations de remplissage qui sont extrêmement sécurisées et réglementées.

Dépendance aux technologies et matériaux rares

La production et l’utilisation de l’hydrogène dépendent de technologies avancées qui nécessitent souvent des matériaux rares ou coûteux (comme le platine, l’iridium, le cobalt, ou le lithium). Par exemple, les électrolyseurs et les piles à combustible utilisent des catalyseurs qui peuvent inclure des métaux précieux comme le platine, métaux qui sont soumis à des risques de pénuries, de fluctuations de leur cours ou des conflits géopolitiques. L’Europe est par exemple très dépendante des pays exportateurs de ces minerais, ce qui pose d’évidentes questions de souveraineté énergétique qu’on ne peut passer sous silence.  En 2023, la dépendance énergétique des pays de l’UE aux imports en ressources fossiles est toujours importante et représentera probablement plus de 90 % des ressources en pétrole et plus de 80 % de celles en gaz naturel.

Politiques et initiatives pour l’hydrogène

L’essor de l’hydrogène en tant que source d’énergie clé est soutenu par diverses politiques et initiatives à travers le monde. Ces efforts visent à surmonter les obstacles technologiques, économiques et réglementaires, et à positionner l’hydrogène comme un élément essentiel de la transition énergétique.

L’invasion de l’Ukraine par la Russie a mis en relief les faiblesses du modèle énergétique de l’Union européenne, fondé principalement sur une dépendance aux hydrocarbures russes. Dès le mois de mai 2022, la Commission européenne a proposé un plan dont l’objectif est de mettre fin à sa dépendance avant 2030 et d’atteindre la neutralité carbone d’ici 2050. Pour y parvenir, l’Union européenne a lancé le plan REPowerEU  qui prévoit d’agir sur différents leviers : économies d’énergie, diversification des sources d’approvisionnement, accélération du déploiement des énergies renouvelables, réduction de la consommation d’énergies fossiles dans l’industrie et les transports et investissement dans l’hydrogène. Le plan de la Commission repose sur l’utilisation de 20 MT d’hydrogène bas carbone d’ici 2030, couverte par une production européenne (50 %, ce qui suppose la fabrication et l’installation d’une capacité d’électrolyse de 100 GW) et des importations (50 %). Ces 20 MT d’hydrogène renouvelable, selon les usages, remplaceraient entre 25 et 50 milliards de m³ de gaz naturel.

Initiatives internationales

Hydrogen Council: lancé lors du World Economic Forum de Davos en 2017, l’Hydrogen Council est une initiative mondiale regroupant des entreprises majeures dans divers secteurs d’activités, réunies autour de la promotion de l’hydrogène comme élément crucial de la transition énergétique. Composé de 150 entreprises et multinationales, le Conseil couvre l’ensemble de la chaîne de valeur de l’hydrogène.

Clean Hydrogen Alliance : alliance de plus de 1400 membres (dont des États, des acteurs industriels, des organisations non gouvernementales, des associations, des investisseurs, des centres de recherches et des représentants de la société civile) résidant dans l’Union européenne. Créée en 2020, cette alliance travaille à la création d’un pipeline de projets d’investissement (plus de 1000 ont ainsi été recueillis) prévus par ses membres en vue de déployer les technologies de l’hydrogène visant plusieurs objectifs :

• Production d’hydrogène renouvelable et bas carbone électrolysée d’ici 2024 (6 GW) et 2030 (46 GW)
• Transport et distribution d’hydrogène propre
• Applications industrielles de l’hydrogène propre
• L’hydrogène propre au service de la mobilité
• L’hydrogène propre dans le secteur de l’énergie
• De l’hydrogène propre pour les applications résidentielles

International Renewable Energy Agency (IRENA) : l’Agence internationale pour les énergies renouvelables joue un rôle crucial dans le développement et la promotion de l’hydrogène, notamment l’hydrogène vert, comme élément clé pour atteindre des émissions nettes nulles dans les secteurs industriels lourds et les transports. Pour soutenir le développement de l’hydrogène vert, l’IRENA propose un guide pour l’élaboration de politiques, soulignant l’importance d’une stratégie nationale sur l’hydrogène, la définition de priorités politiques, la garantie de l’origine pour refléter les émissions de carbone sur l’ensemble du cycle de vie de l’hydrogène, et un système de gouvernance adapté pour intégrer l’hydrogène vert dans le système énergétique global.

Politiques nationales

Les États-Unis mènent une politique agressive en faveur de l’hydrogène qui s’articule autour de plusieurs initiatives clés qui visent à positionner le pays comme un leader mondial de l’hydrogène propre. L’Inflation Reduction Act, adopté en août 2022, joue un rôle central en renforçant considérablement le soutien à l’hydrogène propre, notamment par l’intermédiaire de crédits d’impôt. Cette législation a attiré un nombre important d’investisseurs, avec plus de 100 projets de production d’hydrogène propre annoncés aux États-Unis, visant une capacité de production cumulée de 12 millions de tonnes par an à l’horizon 2030. Cette dynamique vise à répondre à une demande américaine estimée à près de 10 millions de tonnes par an en 2030 et à 20 millions de tonnes par an en 2040. L’objectif est de faire des États-Unis l’un des principaux producteurs, consommateurs, et exportateurs mondiaux d’hydrogène propre et de ses dérivés.

La Chine a mis en œuvre une stratégie hydrogène complète, englobant le développement de véhicules à pile à combustible, la construction de nouvelles installations de production d’hydrogène vert, et la création d’une chaîne industrielle intégrée. Près de 27 provinces chinoises sur 31 ont élaboré leurs feuilles de route pour le développement de l’hydrogène, visant une utilisation et production massives d’hydrogène vert dans les années à venir. Fin 2023, plus de 30 installations de production d’hydrogène vert étaient en cours de construction, tandis que les marchés publics pour les électrolyseurs ont bondi à 2 055 MW. La Chine prévoit de déployer près de 117 000 véhicules à pile à combustible d’ici à 2025, dépassant son objectif initial de 50 000. En outre, le pays a vu une augmentation significative des ventes de véhicules à pile à combustible en 2023 (+45% sur l’année), principalement dans le secteur des véhicules lourds, largement subventionné par l’État. Plus de 439 stations de ravitaillement en hydrogène sont opérationnelles dans tout le pays, à l’exception du Tibet, avec une croissance notable de la production d’hydrogène vert à travers la construction de plusieurs installations majeures. Pourtant, selon l’Institut Montaigne, la Chine souffre de handicaps qui la ralentissent dans son développement comme la dépendance aux technologies étrangères (notamment  en ce qui concerne la membrane échangeuse de protons (PEM), cruciale pour pallier l’intermittence des énergies renouvelables) qui, combinée à un cadre législatif qui ne fait pas de distinction entre les différents types d’hydrogène et une politique principalement axée sur le secteur des transports, pourrait ralentir le développement de l’hydrogène vert en Chine.

Le Japon est à l’avant-garde du mouvement vers une « société de l’hydrogène » visant à diminuer sa dépendance aux combustibles fossiles et à réduire les émissions de gaz à effet de serre. La stratégie du pays, adoptée en 2017, tourne autour de l’amélioration de l’efficacité énergétique, de la sécurité énergétique, de la réduction des émissions de CO₂, et du développement des activités industrielles dans le secteur de l’hydrogène. Les objectifs clés incluent la réduction du coût de production de l’hydrogène de plus de trois fois d’ici 2030 et de 80 % vers 2050. Le Japon a également investi environ 1,5 milliard de dollars dans la R&D.

La stratégie allemande se concentre sur quatre marchés stratégiques : la production d’hydrogène propre, l’industrie (où l’hydrogène vert doit remplacer l’hydrogène gris), le transport, et le chauffage de bâtiments résidentiels et commerciaux. En 2023, le gouvernement allemand a revu sa stratégie nationale de l’hydrogène, décidant de doubler l’objectif de capacité de production à 10 gigawatts d’ici 2030. L’Allemagne cherche à couvrir environ deux tiers de ses besoins en hydrogène vert par des importations, établissant des coopérations internationales avec des partenaires stratégiques tels que des États en Afrique du Sud et de l’Ouest ainsi qu’avec l’Australie.

Normes et Réglementations

Au niveau européen, la Commission européenne a mis en avant le Paquet hydrogène et gaz, introduit en décembre 2021, qui pose les bases d’un futur marché commun européen de l’hydrogène. Ce paquet comprend des réformes législatives destinées à établir un cadre global pour la production, le transport, le stockage et l’utilisation de l’hydrogène renouvelable et bas-carbone. L’objectif est de décarboner des secteurs difficiles à électrifier et de créer un marché européen où l’hydrogène serait échangé comme une marchandise. Vig’Hy, l’observatoire de l’hydrogène a listé l’ensemble des réglementations en vigueur applicables à l’hydrogène dans un site internet.

Et la Nouvelle-Aquitaine ?

La Région Nouvelle-Aquitaine a adopté en 2020 une feuille de route visant à structurer et développer une filière sur toute la chaîne de valeur de l’hydrogène. L’objectif est de faire de la région un leader dans le secteur de l’hydrogène vert. Pour cela, la Région focalise sur cinq grands chantiers :

1. Développement de la production: augmentation de la capacité de production d’hydrogène vert à travers des projets d’électrolyse utilisant des sources d’énergies renouvelables.
2. Infrastructures de distribution: mise en place d’un réseau de distribution efficace pour l’hydrogène, y compris les stations de recharge pour les véhicules hydrogène.
3. Mobilité hydrogène: promotion de l’utilisation de l’hydrogène dans les transports publics et privés, avec le déploiement de flottes de véhicules hydrogène.
4. Soutien à l’innovation: encouragement de la recherche et du développement de nouvelles technologies liées à l’hydrogène, en collaboration avec les universités, les centres de recherche, et les entreprises.
5. Engagement des partenaires et des citoyens: sensibilisation et implication des acteurs locaux et du grand public dans la transition énergétique vers l’hydrogène.

Quel avenir pour l’hydrogène ?

L’avenir de l’hydrogène en tant que vecteur énergétique est devant nous. Alors que le monde s’oriente vers des solutions énergétiques plus durables et moins polluantes, l’hydrogène se positionne comme un candidat de choix, en particulier dans les secteurs où d’autres formes d’énergies renouvelables sont moins efficaces. Pourtant, de nombreux verrous restent encore à faire sauter. On peut en lister huit :

1. Coût de production : Le coût de production de l’hydrogène, notamment l’hydrogène vert produit par électrolyse de l’eau utilisant de l’électricité renouvelable, reste élevé par rapport aux combustibles fossiles. La réduction de ces coûts est essentielle pour rendre l’hydrogène compétitif.
2. Infrastructure de distribution : Le développement d’une infrastructure pour le transport et la distribution de l’hydrogène est primordial. Cela comprend la construction de pipelines, de stations de recharge pour les véhicules à hydrogène et de systèmes de stockage adaptés.
3. Efficacité énergétique et pertes : L’électrolyse, le transport puis l’utilisation de l’hydrogène entraînent des pertes énergétiques, nous l’avons vu. Améliorer l’efficacité à chaque étape est crucial pour maximiser les bénéfices environnementaux et économiques.
4. Capacités de production d’énergies renouvelables : La production d’hydrogène vert dépend de la disponibilité de sources d’énergie renouvelable (solaire, éolienne, etc.) en grande quantité et à un coût abordable. L’expansion de ces capacités est donc un prérequis.
5. Réglementations et normes : La mise en place de cadres réglementaires et de normes internationales pour la production, le stockage, le transport et l’utilisation de l’hydrogène est nécessaire pour assurer la sécurité et favoriser l’adoption à grande échelle.
6. Acceptation publique et sensibilisation : Il est crucial de sensibiliser le public et les décideurs aux avantages et aux défis de l’hydrogène, afin de favoriser son acceptation et son intégration dans les systèmes énergétiques.
7. Recherche et développement : Les investissements dans la recherche et le développement sont essentiels pour améliorer les technologies liées à l’hydrogène, réduire les coûts, et augmenter l’efficacité à travers toute la chaîne de valeur.
8. Intégration dans les systèmes énergétiques existants : L’hydrogène doit être intégré de manière efficace dans les systèmes énergétiques existants, ce qui inclut la production d’électricité, le chauffage, les transports et l’industrie, tout en assurant la compatibilité et l’efficacité.

UNE INNOVATION – UNE ENTREPRISE : MADIC INDUSTRIES

Fondée en 1971, Madic Industries est aujourd’hui un acteur clé régional dans le domaine des stations multi-énergies, avec un engagement fort pour l’innovation et la transition énergétique. Avec plus de 1400 employés répartis sur 30 sites à travers le monde, Madic Group est reconnu pour sa capacité à accompagner ses clients dans la sécurisation et l’optimisation de leur parcours clientèle, offrant plus de 6 000 stations de service équipées, 20 000 points de recharge électrique et 25 000 terminaux de paiement extérieurs. Depuis plus de 10 ans, l’entreprise s’est tournée vers la mobilité zéro émission, en déployant des stations de recharge électrique et, plus récemment, dans les stations d’hydrogène, soulignant son rôle dans l’accélération de l’indépendance énergétique de l’Europe​​.

La maîtrise de la chaine de valeur de l’hydrogène

Madic Industries se distingue dans le marché compétitif des stations d’hydrogène par sa maîtrise complète de la chaîne de valeur, de la conception à la maintenance des solutions de stockage, distribution et gestion de l’énergie, ainsi que dans la construction et l’entretien des stations multi-services. L’entreprise propose des solutions modulaires et évolutives adaptées aux besoins spécifiques de ses clients, avec un engagement profond envers les normes et exigences de sécurité dans l’environnement de l’hydrogène​​.

Une station hydrogène aux multiples avantages

Ces stations, conçues pour répondre aux besoins spécifiques des clients, se distinguent par leur flexibilité, leur capacité à s’adapter à diverses sources d’hydrogène (de l’électrolyseur à la livraison sur site par tube trailer) et un taux de disponibilité optimisé grâce à des systèmes de maintenance prédictive. Elles offrent un processus de remplissage rapide et efficace, compatible avec les normes SAE J2601, permettant de recharger les véhicules légers en seulement 3 à 5 minutes.

Par ailleurs, Madic Industries fait le pari d’une réduction de l’impact environnemental de ses stations en optant pour l’utilisation de réfrigérants naturels (CO2 ou propane)  plus respectueux de l’environnement que les alternatives conventionnelles de type HFO.

Une station pilote au cœur de la Gironde

Pour illustrer son engagement et sa compétence dans le domaine, Madic Industries a récemment inauguré une nouvelle usine de 18 000 m² à Saint-André-de-Cubzac, destinée à la production de lignes d’assemblage, y compris pour l’hydrogène, renforçant sa capacité à répondre à la demande croissante pour des solutions d’énergies alternatives​​.

INTERVIEW : 3 questions à…
Benjamin STRAUBHAAR, Responsable Produit, Hydrogène & GNC – MADIC Industries

Madic Industries (Groupe Madic, 1 400 employés, 30 sites dans le monde, 6 000 stations de service équipées, 20 000 points de recharge électrique et 25 000 terminaux de paiement extérieurs construits et installés) est implantée en Nouvelle-Aquitaine via son Pôle Technologique à Saint-André-de-Cubzac. Acteur clé dans le domaine des stations multi-énergies, avec un engagement fort pour l’innovation et la transition énergétique, l’entreprise fait du développement des stations d’hydrogène, un axe stratégique pour les années à venir.

Une station pilote hydrogène en Gironde : qu’apporte-t-elle au territoire ?

En cours de déploiement sur notre Pôle Technologique de Saint-André-de-Cubzac, cette station hydrogène intègre des technologies de pointe dans la distribution tels qu’un compresseur innovant, un refroidisseur à faible pouvoir de réchauffement global et un système de paiement facilité. Cela contribue à stimuler l’innovation technologique, attirant ainsi des investissements et des talents. Véritable centre d’innovation, elle crée un écosystème propice au développement économique local et doit favoriser l’émergence de start-ups, encourager les entreprises à diversifier leurs activités et attirer les industries de haute technologie dans la région.

Réduire l’empreinte environnementale locale, en agissant sur la promotion des énergies renouvelables et de la mobilité décarbonée (station alimentée en hydrogène vert), tel est l’enjeu de ce nouvel outil. Autres atouts du site : sensibiliser les acteurs girondins (pompiers, écoles, transporteurs, etc.), avec des programmes de formation dédiés aux enjeux environnementaux et technologiques. 

Quelles perspectives pressentez-vous pour ce marché de l’hydrogène ?

De très prometteuses ! C’est un vecteur clé dans la transition énergétique. Carburant dit « propre », il offre la possibilité de réduire les émissions de gaz à effet de serre dans l’industrie ou les transports en ce qu’il est particulièrement attractif pour les véhicules lourds (camions, bus, cars), où l’électrification est moins pertinente, offrant une alternative zéro émission aux combustibles fossiles. Avec la demande croissante pour des véhicules plus propres, ce marché et son infrastructure associée vont se développer, soutenus par l’adoption de mesures européennes récentes telles que l’AFIR.

L’hydrogène peut également jouer un rôle crucial dans le stockage d’énergie à grande échelle, permettant de lisser les fluctuations de la production d’énergie renouvelable intermittente comme l’éolien et le solaire. Cette capacité de stockage peut stabiliser les réseaux électriques et accroître la fiabilité des sources d’énergie renouvelable. Dans des secteurs tels que la chimie, la métallurgie et la production d’engrais, l’hydrogène est utilisé comme matière première ou agent de réduction. Avec une demande croissante pour des processus de production plus propres et des réglementations environnementales plus strictes, le marché de l’hydrogène pour les applications industrielles devrait également croître.

En quoi votre activité participe-t-elle de l’indépendance énergétique de l’Europe ? 

En promouvant l’utilisation de l’hydrogène comme vecteur énergétique, nous aidons à diversifier les sources d’énergie de l’Europe. Cela réduit la dépendance à l’égard des importations de combustibles fossiles, tout en renforçant la sécurité énergétique de la région. En investissant dans des technologies de production d’hydrogène à partir de ressources locales telles que l’énergie éolienne, solaire et hydraulique, nous contribuons à développer des sources d’énergie domestiques et renouvelables.

L’hydrogène produit à partir de sources d’énergie renouvelable contribue à réduire les émissions de gaz à effet de serre. En favorisant l’adoption de cette technologie, nous aidons l’Europe à progresser vers une économie à faible émission de carbone et à atteindre ses engagements en matière de lutte contre le changement climatique.

De plus, en investissant dans la recherche et le développement de technologies liées à l’hydrogène, nous contribuons à stimuler l’innovation et à renforcer la compétitivité de l’Europe sur la scène mondiale. Avec, à la clé, la création d’emplois de haute qualité, la croissance économique et la consolidation de la position de l’Europe en tant que leader dans le domaine des énergies propres. Pour accélérer ce développement, il sera nécessaire d’avoir un appui fort des pouvoirs publics, régionaux, nationaux et européens. 

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