Production d’hydrogène renouvelable : comment ça marche ?

Première étape pour produire de l’hydrogène renouvelable : de l’électricité verte !

On distingue trois principales sources d’électricité décarbonée : l’eau, le vent et le soleil. L’hydroélectricité est la première source d’électricité renouvelable en France et dans le monde : cette technique exploite la force de l’eau pour la transformer en courant électrique, via des centrales hydrauliques installées sur des cours d’eau naturels ou des barrages. Deuxième sur le podium : l’éolien (terrestre ou marin), qui transforme l’énergie cinétique du vent en énergie mécanique, puis en électricité via des éoliennes. Enfin, l’électricité solaire arrive en troisième position, utilisant des parcs de panneaux photovoltaïques pour convertir la lumière en électricité. C’est à partir de cette énergie renouvelable que l’on va pouvoir produire de l’hydrogène renouvelable... D’accord, mais comment ?

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De l’eau pour produire de l’hydrogène renouvelable...

Et oui ! L’hydrogène (H) est contenu dans la molécule d’eau (H2O). Pour séparer l’H2 de l’O, on a recours à ce qu’on appelle l’électrolyse de l’eau. C’est LA technique pour produire de l’hydrogène, qui consiste à « casser » des molécules d’eau à l’aide d’un courant électrique (via un électrolyseur), afin d’en extraire le dihydrogène H2. Pour que cet hydrogène soit considéré comme « vert » ou renouvelable, l’électricité utilisée doit être elle-même décarbonée.

Chiffre-clé

1 kg, c’est la consommation d’une voiture à hydrogène pour parcourir 100 km.

L’électrolyse de l’eau est-elle la seule technique de production d’hydrogène vert ?

Non ! Il existe une autre technique : la pyrogazéification, qui consiste à chauffer des matières organiques (biomasses ligneuses, bois en fin de vie, résidus de cultures, etc.) mais aussi des déchets carbonés divers (CSR, pneus usagés, plastiques non recyclables, boues de STEP séchées, etc.) à des températures comprises généralement entre 900 et 1 200 C° en présence d’une faible quantité d’oxygène. Ce processus permet d’extraire un gaz complexe contenant de l’hydrogène. Cette filière étant encore émergente, l’électrolyse reste la première technique de production à l’heure actuelle. 

Quelle est la différence entre hydrogène renouvelable et hydrogène « bas carbone » ?

Ce qui les distingue, c’est leur « poids carbone », c’est-à-dire la quantité de gaz à effet de serre émis lors de la production, qui elle-même dépend de l’énergie utilisée. Lorsqu’on utilise pour l’électrolyse une électricité exclusivement d’origine renouvelable (hydraulique, éolienne ou photovoltaïque), c’est de l’hydrogène vert, dit « renouvelable ». 

En revanche, l’hydrogène bas carbone est obtenu :

• soit par vaporeformage du gaz naturel (qui consiste à « casser » la molécule de méthane à 700°C en utilisant des catalyseurs), avec captage et stockage du CO2, 
• soit par électrolyse avec l’électricité du réseau si celle-ci est suffisamment décarbonée. 

Quels sont les défis de la production d’hydrogène renouvelable ?

Le principal frein au développement de l’hydrogène renouvelable est son coût de production. Comment le réduire ? Grâce à l’industrialisation et au déploiement à grande échelle de l’électrolyse. C’est pourquoi l’ADEME recommande « d’accompagner le développement des sources renouvelables électriques (hydraulique, éolien et photovoltaïque) par le déploiement d’électrolyseurs pour produire de l’hydrogène, en particulier dans les domaines de l’industrie et de la mobilité lourde ». La Stratégie nationale sur l’hydrogène en France prévoit d’accompagner cette industrialisation, en soutenant la fabrication des électrolyseurs par les PME, ETI et grands groupes sur tout le territoire.

^{1  : « Green hydrogen cost reduction », IRENA, décembre 2020}