L’hydrogène aujourd’hui et demain - Rapport

Rapport de l’Académie des sciences - 9 avril 2024

RÉSUMÉ EXCUTIF

Les perspectives offertes par l’hydrogène dans le cadre de la transition énergétique et de la décarbonation du système énergétique constituent un sujet d’actualité majeur.

Des sources d’hydrogène naturel ont été repérées en divers points du globe. Mais, à l’heure actuelle, il n’est pas possible de donner une estimation du potentiel en énergie primaire de ces sources, ni d’évaluer les capacités d’exploitation correspondantes. Les explorations doivent être poursuivies. L’hydrogène aujourd’hui disponible n’est pas une source d’énergie primaire mais un vecteur énergétique, produit à partir de ressources fossiles pour une utilisation essentiellement industrielle (raffinage du pétrole et synthèse d’ammoniac). Demain, il faudra décarboner cet hydrogène et l’utiliser plus largement pour d’autres applications industrielles (notamment pour diminuer l’empreinte carbone de la production d’acier et du ciment) et pour la mobilité lourde.

Étant donné que la production de l’hydrogène doit principalement être guidée par le gain de réduction des émissions de gaz à effet de serre, ce présent rapport vise à définir ce qu’est l’hydrogène dit décarboné, qui doit prévaloir sur tout hydrogène carboné. Il s’agira ainsi de préciser comment il est produit, de mieux identifier quels pourraient être, à l’avenir, ses usages les plus appropriés, et de recommander un niveau raisonnable de consommation d’hydrogène, notamment en prenant en compte les besoins induits en termes de production d’énergie électrique, qui seront considérables.

La production d’hydrogène par électrolyse de l’eau, qui apparaît comme un élément clé en termes d’émissions de dioxyde de carbone (CO2), n’est décarbonée que si l’électricité utilisée est effectivement bas carbone (nucléaire ou renouvelable), ce qui est loin d’être le cas en Europe ou dans le monde. Pour le moment, l’électricité au niveau du mix européen est très largement carbonée et son utilisation pour alimenter les électrolyseurs conduirait à des émissions de CO2 deux fois supérieures à celles du procédé de synthèse classique à partir du méthane. Avec un mix électrique remarquablement bas carbone, la France dispose d’un atout majeur pour jouer un rôle pionnier dans le déploiement de l’hydrogène décarboné, à condition que les nouvelles capacités de production électrique nécessaires soient rapidement disponibles et elles-mêmes bas carbone.

L’analyse réalisée souligne l’importance de l’enjeu de compétitivité industrielle constitué par la mise au point d’électrolyseurs disposant des meilleures performances possibles, au service d’une souveraineté énergétique nationale. L’effort dans ce domaine mérite d’être soutenu par une recherche scientifique et technologique sur l’efficacité énergétique des électrolyseurs et des piles à combustible, les questions de réduction de l’empreinte environnementale de ses éléments, l’amélioration de leur stabilité et de leur durée de vie, et, plus généralement, tous les éléments de la chaine de valeur (réservoirs, nouveaux matériaux, matériaux et molécules de stockage et transport de l’hydrogène, etc.). Le rapport met également en évidence la nécessité de guider les choix et les développements par des analyses de cycles de vie effectuées sur l’ensemble de la chaîne de valeur.

Les questions de sécurité soulevées par l’utilisation de l’hydrogène sont majeures. Il est absolument nécessaire de les traiter avec attention, et des connaissances scientifiques et technologiques nouvelles sont indispensables pour définir des applications sûres de l’hydrogène. En particulier, pour les applications envisagées en dehors des espaces industriels, il faudra s’assurer que les protocoles et les règlements restent compatibles avec leur diffusion. L’analyse des usages futurs de l’hydrogène décarboné indique que, dans un premier temps, les applications devraient être principalement faites dans : (i) le domaine industriel, en particulier pour défossiliser les procédés industriels les plus émetteurs de gaz à effet de serre (notamment la production d’acier et de ciment) et pour remplacer l’hydrogène gris dans les usages industriels actuels (synthèse de l’ammoniac et du méthanol) ; (ii) le domaine des transports lourds (maritime ou aérien), notamment en permettant la synthèse de carburants alternatifs pour remplacer les combustibles fossiles actuels.

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